基于微带结构的新型混合左右手材料的研究

介绍了一种具有两个通带的新型混合左右手传输线,以及混合左右手材料传输线的传输特性和分析方法。该左手材料(Left-Handed Metamaterials,LHMs)在通带内呈现介电常数和磁导率同时为负的特性,两个通带分别出现在2.8 GHz和5.8 GHz处。通过仿真得到了色散曲线,折射率,等效介电常数和等效磁导率,从理论上验证了左手特性的存在。     

双频带电磁超材料单元设计及仿真

该文基于谐振型左手理论,提出一种将2种不同的多开口谐振环左手结构单元分别印刷在介质板的正、反面,这种复合结构实现了双频带左手特性。在微波频率范围内采用等效参数（NRW）提取算法,验证了该多开口谐振环的复合结构能实现负的介电常数和磁导率,同时采用LC谐振电路进行分析并解释其产生的机理。数值和仿真结果表明,存在2个介电常数、磁导率和折射率的实部都为负的频带。其负频带频率范围分别为16.5~18.96 GHz和22.8~24 GHz,负双频带带宽为3.66 GHz。由于其带宽性能良好的双负特性,可用于多频带或宽带微波器件的设计。     

新型结构左手材料的仿真设计与实现

左手材料通过其特殊的结构阵列来实现负的介电常数和磁导率,将之应用到天线罩、滤波器和天线等方面,可以较好地改善特性。2种新型左手材料结构被提出,分别是史密斯方形环的简化形式和P型结构,其中P型结构又包含基本形式与改进形式。针对这2种模型,利用仿真软件进行了仿真设计,发现这2种形式可以在4～6 GHz频段实现负的介电常数和磁导率,其中P型结构实现效果更好。     

具有宽带特性的超材料设计与分析*

分别提出具有宽带负磁导率特性的圆盘结构超材料和具有宽带双负特性的互联圆盘结构左手材料。对任意极化的垂直入射波,圆盘结构超材料可在8.71GHz到15.19GHz的频段上产生负的磁导率,而互联圆盘结构左手材料则可在6.04GHz到7.40GHz的频段上产生双负特性。通过有限元仿真、本构参数提取、表面电流分布计算、结构参数扫描等方法,对圆盘结构进行了详细分析。结果表明,该结构通过外加磁场激励起的电流环路构成磁谐振回路,进而获得负磁导率特性。利用无限划分的方法,分析了该结构实现宽带特性的原理,推导了等效的磁谐振频率和品质因数的计算公式,并给出其等效电路结构。通过参数扫描,分析了贴片半径、基板介电常数、损耗特性和入射角大小对负磁导率特性的影响规律。对互联圆盘结构左手材料,在提取其等效本构参数的基础上,着重分析了电响应特性,详细推导了等效电等离子体频率的计算公式。     

浅析铁氧体-左手结构在微波领域中的应用

左手材料具有负介电常数和负磁导率的电磁特性,铁氧体具有负磁导率的电磁特性。因此,铁氧体-左手结构可以设计成负介电常数材料,近年来成为备受关注的研究课题,主要应用于隔离器、滤波器和移相器,在微波系统中具有很大的应用前景。文中介绍了铁氧体-左手结构的基本理论和性能特点,并对其在微波领域中的应用进行了试探性的分析。     

基于复合左右手传输线的超宽带滤波器设计

本文基于复合左右手传输线理论提出了一种设计超宽带滤波器的新方法。该方法从传输的幅度和相位出发,利用微带线结构构建复合左右手传输线,通过控制复合传输线的左手响应频率和右手响应频率来构建微波带通结构。通过在微带线上采用缺陷地板结构物理上实现负等效介电常数,得到低通特性;采用微带线加载交指电容实现负等效磁导率,得到高通特性。最终通过将两种情况组合,构建具有较强左手特性和较弱右手特性的复合传输线,完成基于微带线结构的超宽带滤波器设计。文中给出的仿真结果和实测结果吻合良好,有利的证明了该方法的有效性和实用性。     

左手材料理论及其应用

左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负值的人工材料,这种材料具有负群速度、负折射率、逆多普勒效应和完美成像等多种奇特的物理性质.叙述了左手材料的概念和基本原理,简单回顾了左手材料研究的发展历程,介绍了左手材料的应用及其发展前景.     

关于"负介电常数和负磁导率微波媒质的实验"的两点疑问

人为制造一种具有负介电常数ε和负磁导率μ的媒质,即所谓"负折射率"媒质(或称为"左手媒质"LHM)已成为目前研究的一个热点."中国科学"(G辑)2003年第33卷第5期"负介电常数和负磁导率微波媒质的实验"一文用实验方法验证了该类媒质的存在,在国内尚属首次.纵观全文有两点疑问,有必要提出来以推动该项研究.     

X型超宽带复合左右手传输线设计与仿真

基于X型金属结构,提出了一种超宽带复合左右手传输线材料结构单元,该结构单元由介质板及其两侧反向对称的X型金属结构组成。从分布参数电路理论角度对材料单元的左右手特性成因进行了定性分析;利用等效参数提取法,通过S散射参数提取了该结构单元的相对介电常数和相对磁导率,并结合折射率进一步验证了这种左右手传输线材料的传输特性。仿真结果表明,在电磁波平行于介质板入射的情况下,该结构单元同时存在左右手频带,在S波段表现出超宽带的左手特性,并且在其他多频点处得到了零折射率,从而构造了一种正零负复合媒质材料。     

左手媒质基片微带天线的特性研究

将离散复镜像方法推广到左手媒质基片的格林函数计算中,并应用矩量法对左手媒质基片微带天线的辐射特性进行了研究.这种新型天线在左手媒质基片负介电常数的绝对值小于或等于负磁导率绝对值时,可以得到与传统微带天线相类似的方向图;而在负介电常数的绝对值远大于负磁导率的绝对值时,所得到的方向图具有主瓣宽度窄,仰角低的特点.针对这一全新的辐射特性,提出了左手媒质基片微带天线作为高指向性天线的应用.     

基于SWCNTs薄膜的多谐振环太赫兹超表面传感特性

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜,构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响;通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究,二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层,分析这种THz超表面器件的折射率传感特性,灵敏度分析结果显示,该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。     

含正负介质光子晶体在角度入射情况下的带隙结构变化

采用传输矩阵法研究了在角度入射情况下由PIM/NIM组成的一维光子晶体的透射谱,得到其带隙结构的变化规律:光子晶体的带隙结构会随着入射角的改变而改变,尤其对于色散的NIM与PIM组成的一维光子晶体,在nN≈0附近会产生一个新的带隙,新带隙的中心位置保持不变,但宽度会随着入射角的增大而变宽;第一级Bragg隙的中心位置和隙宽也随着入射角的变化而变化,这为二次谐波效应实现完全相位匹配创造了条件.     

On the performance of the 2D planar metamaterial structure

The performance of a 2D metamaterial (MTM) structure using finite element method (FEM) and transmission line model (TLM) is investigated in this paper. The size of the proposed unit cell is 4 mm × 4 mm to resonant around 12 GHz. The unit cell is constructed from a patterned patch and solid ground plane that are connected with via through an FR-4 substrate. The unit cell is characterized from 11 GHz to 14 GHz in terms of S-parameters, effective refractive index, and dispersion properties. It is found that the proposed unit cell behaves like unbalanced case of a passive constant k band elimination filter. Moreover, it is found that the unit cell exhibits no negative refractive index (NRI) over a wide range of frequencies; however, it shows a less than 1 refractive index over then same frequency range. A theoretical investigation based on TLM is developed to extract the values of the basic lumped, RLC, elements network.     

圆形周期介质内艾里光束的传输特性

为了研究无衍射光波在特异材质内的传输特性，实现更优良的光波通信，将传统右手材料和双负折射率材料相结合，提出了一种轴向阶跃变化周期圆形介质结构。基于广义惠更斯-菲涅耳光学积分公式，结合光学传输矩阵，分析了艾里光束在这种传输媒质中出射表面光强分布特性和侧面传输光强分布图；分析了负折射率参量对这类光波演变的影响及其补偿机理；分析了实现输出光波完美还原时，负折射率大小同介质单元长度的定量关系。结果表明，当介质孔径逐渐减小时，有限艾里光束衍射效应越来越严重，并且出射光强外形轮廓逐渐从艾里光束过渡到高斯光束；当双负折射率材料的折射率n_l的绝对值大于右手材料的折射率n_r时，出射表面实现光波完美还原的双负折射率材料单元层越长，反之则越短。该研究对分析周期或准周期轴向阶跃变化的圆形平板介质光波通信是有帮助的。     

MICROWAVE PROPAGATION IN ROUND GUIDING STRUCTURES BASED ON DOUBLE NEGATIVE METAMATERIALS

This paper presents a theoretical study of guided propagation in a waveguide containing ordinary and negative refractive index (NRI) media. The cut-off frequency of positive/negative combined media is examined. It is calculated for each propagating mode as a solution of a characteristic equation that is solved in terms of Bessel functions, taking into account the implications of the negative refraction. In contrast to what happens in ordinary propagation, mode mixing and crossing and no cut-off modes are found for negative values of ε, μ and refractive index n. The investigation considers the range 1-80 GHz where metamaterials have been demonstrated to work with negative parameters. The results are also compared with the negative core/negative cladding case. Some applications are suggested for devices operating in the microwave frequency domain.     

Formation of the refractive index profile in the graded indexpolymer optical fiber for gigabit data transmission

Bandwidth characteristics of the large core graded index polymer optical fiber (GI-POF) are theoretically and experimentally clarified. The refractive index profile of the GI-POF was controlled by interfacial-gel polymerization to investigate the relation between the index profile and the bandwidth characteristics. It was experimentally confirmed that the maximum bandwidth of the poly methyl methacrylate (PMMA) base GI-POF is at most 3 GHz for 100 m transmission using a typical laser diode emitting at 650-nm wavelength (3 nm source spectral width) when its refractive index profile is optimized. The maximum bandwidth theoretically estimated by considering both modal and material dispersions is approximately 3 GHz which is exactly the same as the measured value, while higher than 10 GHz for 100 m was expected if only modal dispersion was taken into account. The optimum refractive index profile of the PMMA base GI-POF is theoretically and experimentally clarified by considering the profile dispersion further     

Compact gap coupled resonator using negative refractive index microstrip line

A compact gap coupled resonator implemented with a negative refractive index microstrip line section is presented. The resonator offers harmonic suppression and an 86% size reduction compared to a conventional gap coupled resonator operating at 1.2 GHz. The resonator should have many applications in the design of filters and oscillators.