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超材料微带天线的设计通常依赖经验,其中超材料基元的设计多以尺寸优化和形状优化为主。研究了常规超材料对微带天线增益性能的影响,发现其对增益性能的提升效果有限。提出了一种基于遗传算法的高增益超材料微带天线拓扑优化设计方法,对超材料基元采用整体设计的方法,以天线增益最大化为设计目标,以覆铜贴片方格子的有无为设计变量,建立了K波段(24 GHz)超材料微带天线的拓扑优化模型。进而基于遗传算法的求解策略,获得了一种新颖的超材料微带天线构型。仿真结果表明优化后的超材料微带天线侧向辐射得以抑制,其最大增益提升到10.5 dB,与普通微带天线相比性能提升了35%。同时通过改变覆铜贴片格子的布置规模对优化设计结果的收敛性进行分析,分析结果显示创新构型超材料微带天线设计结果是收敛的,且10*10方格子规模下的创新构型制备性价比最高。最后研究了超材料基元单独设计与整体设计的天线工作频率匹配对比,对比结果证实了超材料基元采用整体设计对于超材料微带天线拓扑优化是非常必要的。 相似文献
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基于液晶材料(LC)的双折射特性提出了一种基于液晶材料的短十字型阵列电控超材料,超材料包括了上层石英板,金属结构阵,中间液晶介质层,金属地板以及下层石英板。相比于传统的阵列天线设计,运用了新的相位补偿方法,即通过加电改变反射阵列单元的介质基板液晶的介电常数得到的相位曲线实现0~250°的相位补偿,使得超材料实现在U波段的相位变化。仿真结果表明,通过将偏压从0增加到14 V,超材料在52 GHz时呈现250°的相移。此外,此超材料的谐振频率可从53.6 GHz连续可逆地转移到49.9 GHz。通过调节超材料液晶激励区域的介电常数即改变阵列单元的谐振特性,实现了相位补偿,为平面反射阵列天线的设计提供了一种新思路。 相似文献
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设计了一种基于SU8介质材料的工作波段为20-30微米范围内的的多层超材料吸收器。该吸收器由金属颗粒周期阵列、介质间隔层和金属底层组成。利用LC模型和FDTD数值模拟方法,通过对SU8介质层厚度、金属颗粒阵列周期、金属颗粒尺寸等参数的优化,实现了对20-30微米波段范围内入射波的接近100%的完美吸收。并在上述研究基础上进一步设计了具有双层谐振腔的双模完美吸收器。通过数值模拟发现,由于SU8介质间隔层厚度的增加,上下两个谐振吸收器可以分别独立实现对特定波长的完美吸收。相应的特征共振吸收波长符合LC模型的预测。同时,数值模拟结果进一步证实了共振吸收频率与入射角度无关。该完美吸收机制可以归因于入射光在金属底层-SU8介质层-金属颗粒层所组成的谐振腔内多次反射吸收。 相似文献
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Changqi CAI;Chenjie ZHU;Fengyi ZHANG;Jiaojiao SUN;Kai WANG;Bo YAN;Jiaxi ZHOU 《应用数学和力学(英文版)》2024,45(7):1155-1170
A gradient metamaterial with varying-stiffness local resonators is proposed to open the multiple bandgaps and further form a broad fusion bandgap. First, three local resonators with linearly increasing stiffness are periodically attached to the spring-mass chain to construct the gradient metamaterial. The dispersion relation is then derived based on Bloch's theorem to reveal the fusion bandgap theoretically. The dynamic characteristic of the finite spring-mass chain is investigated to validate the fusion of multiple bandgaps. Finally, the effects of the design parameters on multiple bandgaps are discussed. The results show that the metamaterial with a non-uniform stiffness gradient pattern is capable of opening a broad fusion bandgap and effectively attenuating the longitudinal waves within a broad frequency region. 相似文献
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研究了一种太赫兹光调制超材料传感器。该器件由金属-半导体复合结构（开口谐振环（SRR））和柔性聚酰亚胺衬底组成。光敏硅材料填充在器件上方的两个开口处。模拟结果表明,通过改变外激励泵浦光的功率,光敏硅的电导率发生改变,从而实现对复合超材料结构谐振峰的调制。进一步分析该结构在谐振频率下的电场和表面电流密度分布情况,讨论了其物理机制。此外,随着待测溶液（氯化钙）浓度变化,传感器谐振峰发生红移,其灵敏度为11.4 GHz/M。该器件可作为太赫兹波段液体传感器使用。 相似文献
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In this paper, an ultra-compact single negative(SNG) electric waveguided metamaterial(WG-MTM) is first investigated and used to reduce the mutual coupling in E H planes of a dual-band microstrip antenna array. The proposed SNG electric WG-MTM unit cell is designed by etching two different symmetrical spiral lines on the ground, and has two stopbands operating at 1.86 GHz and 2.40 GHz. The circuit size is very compact, which is only λ_0/33.6 ×λ_0/15.1(where λ_0 is the wavelength at 1.86 GHz in free space). Taking advantage of the dual-stopband property of the proposed SNG electric WG-MTM, a dual-band microstrip antenna array operating at 1.86 GHz and 2.40 GHz with very low mutual coupling is designed by embedding a cross shaped array of the proposed SNG electric WG-MTM. The measured and simulated results of the designed dual-band antenna array are in good agreement with each other, indicating that the mutual coupling of the fabricated dual-band antenna array realizes 9.8/11.1 d B reductions in the H plane, 8.5/7.9 d B reductions in the E plane at1.86 GHz and 2.40 GHz, respectively. Besides, the distance of the antenna elements in the array is only 0.35 λ_0(where λ_0 is the wavelength at 1.86 GHz in free space). The proposed strategy is used for the first time to reduce the mutual coupling in E H planes of the dual-band microstrip antenna array by using ultra-compact SNG electric WG-MTM. 相似文献
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通过对左手材料的理论分析,设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常量,经过合理的设计,可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负,即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明:在其工作频段内存在一个通带并且在17.6~29.0GHz频率范围内折射率实部为负,而虚部接近于零;同时在该频率范围内波阻抗实部大于零,从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外,相对左手带宽达到48.9%,远远优于传统的左手材料. 相似文献