异向介质谐振响应的Floquet模分析

将开口谐振环单元的场分布利用Floquet模展开,从电磁波传播角度揭示了凋落模引起异向介质谐振响应的事实.数值计算了任意平面电磁波照射下异向介质的传输特性.研究表明,对于来自主平面上的垂直或平行极化的入射波,具有相同极化方式的Floquet透射模将发生谐振,并且磁谐振和电谐振将随着入射角的不同而改变.而对于来自其他入射平面的电磁波,两种极化的Floquet透射模将共同发生谐振. 关键词： 开口谐振环 异向介质 Floquet模 谐振     

基于开口环的可调谐滤波器及其电磁带隙

基于开口谐振环上加载变容二极管设计可调谐滤波器,很好地实现了电磁波带隙的可调.在单环开口谐振环缝隙处或者双环开口谐振环的两环之间加载变容二极管,改变加载变容管上得的电压,改变该结构的分布参量而达到滤波器可调性能.同时通过数值计算分析了该滤波器结构对电磁波的频率响应函数,指出其形成电磁波带隙的物理机制,为了消除开口谐振环的磁谐振效应而关闭开口谐振环的缝隙实验进行了验证.研究表明基于变容管开口环的可调谐滤波器所形成的电磁波带隙中,有的带隙是源于磁谐振机制.有的带隙是源于电谐振机制.对该滤波器形成带隙物理机制的研究,可以更好地理解开口谐振环,有助于其在光学和微波波段器件的设计.     

连通的开口和闭口谐振环构成的磁超材料设计

在已有的磁超材料和左手材料结构中,负等效磁导率主要通过开口谐振环、平行短金属线对或者它们的变形结构来实现. 这些结构要求入射电磁波的电场方向平行于基板. 针对这一特点,利用将开口和闭口的谐振环相连通的思想,设计出了入射电磁波的电场方向垂直于基板型的三维磁超材料,并予以实验验证. 该对称结构中金属线线宽的变化对磁谐振频率影响很小,有利于实际的加工和应用. 同时,该结构对于设计三维以及具有极化无关、均匀各向同性等特点的磁超材料和左手材料具有参考价值. 关键词： 磁超材料 谐振环 电场方向     

二维负磁导率材料中的缺陷效应

研究了以金属铜六边形开口谐振环为基元的二维负磁导率材料的缺陷效应.利用电路板刻蚀 技术制备了二维负磁导率材料样品.采用波导法测量了点缺陷和线缺陷对二维负磁导率材料X 波段(8—12GHz)微波透射行为的影响.实验发现，无缺陷的二维负磁导率材料样品存在一个 谐振频率，在稍大于该谐振频率的极窄区域内表现为负磁导率.点缺陷和线缺陷SRR的引入导 致材料主谐振峰的强度下降、谐振频率发生移动，品质因数Q显著下降.缺陷的存在破坏 了材料的周期性结构，从而引起其谐振峰的谐振强度和谐振频率发生变化.缺陷效应的研究 不 关键词： 负磁导率 缺陷效应 开口谐振环     

基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究

利用铁氧体的外场调制特性,提出采用铁氧体作为金属环线结构的介质基板,实现频率可调左手材料. 首先采用时域差分有限元方法数值模拟了基板材料参数变化的条件下,开口谐振环的频率可调性规律. 随基板材料的介电常数或磁导率升高,与开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率将显著降低. 实验制备了一系列超高频软磁六角铁氧体,利用外加磁场有效调制了其磁导率. 并通过实验表明,通过调控外加磁场可以有效地调控开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率. 关键词： 左手材料 开口谐振环 铁氧体 可调     

交指电容加载的周期性对称负磁导率人工材料研究

利用二端口网络理论和弗洛奎定理, 详细分析了周期性对称磁谐振人工材料的相对布洛赫磁导率与散射矩阵参数的关系, 利用这个关系提取了四种形式的开口谐振环布洛赫磁导率. 全波仿真和磁导率数值提取结果表明, 在开口谐振环的开口处加载交指电容, 磁谐振频率将显著降低. 这些成果将为提取周期性人工材料的布洛赫磁导率提供理论依据, 同时为小型化磁谐振特异人工材料提供新的设计思路.     

一种基于旋转调谐的超材料

数值仿真研究了一种可调谐的双开口谐振环(DSRR)超材料.在平行入射的电磁波激励下,这种DSRR单元可以在不同的频段分别表现出磁谐振和电谐振.当外加电场E与DSRR的双开口平行时,DSRR受激励得到的磁谐振和电谐振强度最大.随着DSRR超材料沿外加磁场H方向顺时针旋转,其磁谐振和电谐振频率基本保持不变,但谐振强度均发生显著下降,同时对应透射相位的突变也逐渐降低.提出的超材料调谐方法只需要简单地旋转材料,而不需要改变原有超材料单元的结构或者增加额外的激励场,极大地简化了可调谐超材料的制备及应用,在电磁开关、相位调制等方面具有潜在的应用.同时,这种简单的方法有希望应用于更高频段的超材料调谐,可以有效地拓展太赫兹频段和光频段超材料的实际应用.     

非对称开口六边形谐振单环的微波透射特性

受自然界树型结构的启发，设计了分叉树型微结构单元，用电路板刻蚀技术制作了非对称开口六边形谐振单环及其组合结构.采用计算机模拟和实验研究了单个和多个谐振环在微波段(7—12 GHz)的电磁响应行为.研究结果表明：该结构具有负磁导率特性，开口谐振环几何尺寸影响环的磁谐振频率；两环环间距较小时出现二次谐振；带高级分支的辐射状环列相对于不带分支环列透射峰向低频移动.实验和模拟结果相符. 关键词： 负磁导率 开口谐振环 透射率     

基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究

通过实验及仿真研究了基于矩形谐振环的新型三角形和三矩形开口谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角谐振环和三矩形谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,结果显示两种谐振环均能产生很好的谐振效果,即能产生负磁导率;设计、制作并实验和仿真研究了三角谐振环和三矩形谐振环金属线复合周期结构左手材料,实验结果分别在9.5—13.3GHz和9.8—12.5GHz出现良好的负折射效应,与仿真结果具有较好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 负折射 三角形谐振环 三矩形谐振环     

基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究

通过实验及仿真研究了三角谐振环组合新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料.仿真研究了以金属铜三角开口谐振环（SRRs）为基本单元的周期结构负磁导率材料,与闭口环（CSRRs）结果对比发现三角开口谐振环能产生很好的谐振效果即能产生负磁导率,并且多层单元仿真发现多个谐振环耦合能提高谐振频率并加宽谐振频段;设计、制作并实验和仿真研究了三角开口环为基本单元的六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料,仿真结果在98GHz附近出现良好负折射效应,实验验证在93—108 GHz出现良好负折射效应,与仿真结果具有良好的一致性.该研究对新型周期结构左手材料的研究、设计和研制具有重要的科学意义和应用前景. 关键词： 左手材料 三角环组成的六边形谐振环 负折射     

Identifying magnetic response of split-ring resonators at microwave frequencies

In this study we provide experimental methods to identify the magnetic resonance of split ring resonantors (SRR) at the microwave frequency regime. Transmission measurements were performed on both single SRR unit cell and periodic arrays of SRRs. The magnetic response of the SRR structure was demonstrated by comparing the transmission spectra of SRRs with closed ring resonators (CRR). Effects of the changes in the effective dielectric constant of the SRR medium on the band-gaps of SRR are investigated experimentally. SRRs not only exhibit a magnetic resonance band gap but also a band gap due to the electric resonance. Finally, we present the effect of electric coupling to the magnetic resonance of bianisotropic SRRs by utilizing SRRs with different orientations, and incident electromagnetic wave polarizations.     

一维负磁导率材料中的缺陷效应

理论和实验已经表明，金属开口谐振环（split ring resonators,简称SRR）可以实现材料的有效磁导率μeff在某一频率范围内为负.采用波导法实验研究了不同几何尺寸的六边形SRR在X波段微波作用下的近邻相互作用.实验发现，相同尺寸的六边形SRR周期性排列而成的一维负磁导率材料存在一个谐振频率；当缺陷谐振环引入一维负磁导率材料时，主谐振频率和缺陷环谐振频率同时发生移动；主谐振频率和缺陷环谐振频率的移动量随缺陷与双环谐振频率之差的增加而减小，当缺陷环谐振频率与双环谐振频率接近时，环间的相互作用增强，频率的移动量增大. 关键词： 负磁导率 缺陷效应 开口谐振环     

超材料微波磁导率色散行为的电可调控性研究

研究在开口金属谐振环(SRR)结构嵌入一个电容二极管后,通过电压调控二极管的电容使得SRR结构的等效电容值发生改变,能实现对SRR的谐振频率和等效磁导率的调控,从而提出了一种智能的微波磁性超材料结构.采用时域差分有限元法(Finite-Difference Time-Domain)和恢复算法模拟了变容二极管的工作电压变化下,SRR结构谐振频率和磁导率的变化规律.研究结果表明工作电压增大使变容二极管的电容值减小时,将导致SRR结构的谐振频率向低频段移动,其磁导率的共振频率也将向低频移动.最后指出了SRR结构与常规磁性材料(如铁氧体)磁导率色散行为的不同之处. 关键词： 超材料 微波磁导率     

Transmission properties of terahertz pulses through subwavelength double split-ring resonators

We present a terahertz time-domain spectroscopy study of the transmission properties of planar composite media made from subwavelength double split-ring resonators (SRRs). The measured amplitude transmission spectra reveal a resonance near 0.5 THz, the central frequency of most ultrafast terahertz systems, for one SRR orientation in normal-incidence geometry. This resonance is attributed to the effect of electric excitation of magnetic resonance of the SRR arrays. In addition, the influences of background substrate, lattice constant, and the shapes of the SRRs on the terahertz resonance are experimentally investigated and agree well with the results of recent numerical studies.     

谐振频率可调的环状开口谐振器结构及其效应

理论和实验研究表明，开口谐振环(SRRs)中可以激励磁谐振从而实现负磁导率.通过在SRRs结构中引入与其开口边平行的金属短杆设计并制备了新的磁谐振单元，采用波导法系统研究了短杆对SRRs和左手材料的微波透射特性以及左手效应的影响.实验和数值模拟表明：金属短杆和SRRs开口边形成附加电容，导致SRRs开口电容增大从而引起谐振频率降低.随短杆长度l和短杆与SRRs间距d的增大，SRRs谐振频率也随之减小和增加.短杆的加入不影响SRRs的负磁导率特性，改变短杆与SRRs间距d< 关键词： 开口谐振环 金属短杆 调控 左手材料     

Broadband planar left-handed metamaterials using split-ring resonator pairs

In this paper, we showed that split-ring resonator (SRR) pairs can be used as broadband planar left-handed metamaterials (LHMs). Simulations were carried out for one layer of infinite LHM slab using SRR pairs. The results showed that by carefully adjusting dimensions of the SRR pairs, magnetic and electric resonances can be coexistent at some frequency ranges and in the frequency range where there are both negative magnetic and electric responses, there is a broad LH band. Equivalent circuits for the magnetic and electric resonance were offered to give a qualitative and quantitative explanation of the LH behaviors of LHMs using SRR pairs.     

Dual band enhanced transmission through a subwavelength aperture based on two split-ring-resonators

Enhanced transmission through a subwavelength aperture is observed at two frequency bands with employment of two split-ring-resonators (SRR) of different sizes. Each of the SRR is excited to produce resonance and the electric field energy localized in its gap and split region can be coupled into a small hole with a radius of 2.3 mm around the respective resonance frequency. The simulation results show that the energy through the small hole is increased at 5.94 GHz (r/λ ₁=0.045) and 7.03 GHz (r/λ ₂=0.054), where 1042-fold and 88-fold enhancements are obtained, respectively, in comparison with the case of a single isolated hole. Moreover, it is found that placing two identical SRR structures in front of the hole can realize higher enhanced transmission with respect to the case of only one SRR utilized. The electric field coupling-enhancement mechanism is well described by studying the electric field distribution.     

Electric and magnetic dipole couplings in split ring resonator metamaterials

In this paper, the electric and the magnetic dipole couplings between the outer and the inner rings of a single split ring resonator (SRR) are investigated. We numerically demonstrate that the magnetic resonance frequency can be substantially modified by changing the couplings of the electric and magnetic dipoles, and give a theoretical expression of the magnetic resonance frequency. The results in this work are expected to be conducive to a deeper understanding of the SRR and other similar metamaterials, and provide new guidance for complex metamaterials design with a tailored electromagnetic response.