低谐振频率电磁超材料单元设计与仿真

针对目前人工电磁超材料的谐振频率(吉赫兹(GHz)或太赫兹(THz))较大的问题,该文提出了一种新型尺寸较大的双面螺旋结构单元模型。通过HFSS仿真软件,建立了电磁超材料单元模型,分析了结构单元的S参数。采用Smith提取算法,得出了等效介电常数和等效磁导率的数学表达式。仿真结果表明,在2.0～2.1 MHz时,等效介电常数恒正,等效磁导率实部达到负极值,而等效磁导率的虚部也达到了最大值,即该频段为材料板的谐振频段,呈磁单负材料属性。     

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。     

谐振频率可调的开口谐振单环结构

开口谐振单环(Split Single Ring Resonatots,简记SSRRs)和开口谐振环(SRRs)一样可以激励磁谐振,从而实现负的磁导率.提出在SSRRs结构中引入平行于其开口边的金属线的方法设计了新的磁谐振单元,研究了金属线的引入对谐振频率以及负磁导率特性的影响.数值模拟结果表明:随着金属线长度l的增加,SSRRs的谐振频率随之减小;随着金属线与开口边的间距d的增加,SSRRs的谐振频率随之增加.金属线的加入不会对SSRRs的负磁导率特性产生重要影响,改变金属线的结构参数可以实现μ＜0频段的调控.所提出的新的磁谐振单元对于新型负磁导率材料和新型左手材料的设计具有重要的实际意义,也为新型无线通信材料的实现提供了可能.     

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。     

太赫兹超材料响应频率及频带的调控

自然界中很多材料在太赫兹(THz)频段没有电磁响应,THz超材料的出现为太赫兹技术的发展和应用带来了新的机遇.但目前超材料太赫兹响应的调节方式比较繁琐,影响了理论与应用研究的开展.作者提出一种调制太赫兹超材料响应的简易新方法,即将超材料的结构单元整体按比例地放大和缩小.仿真结果表明,已满足阻抗匹配条件的超材料结构经整体比例变化之后,仍然满足阻抗匹配条件;而且,调整后超材料的吸收频率与尺寸变化的倍数成反比;令人惊奇的是,超材料的响应频带也随着单元尺寸的整体缩小而变宽.通过这种简易的尺寸变化方式,我们可以利用普通的超材料结构,得到一定范围内对任意入射频率具有完美吸收(吸收峰值大于98%)的太赫兹超材料.这种调制方式使超材料的设计变得更加简化,为超材料的理论与应用(特别是在器件中的应用)研究提供了更广阔的空间.     

磁超材料提升无线充电系统效率机理分析

负磁导率超材料已被实验证实可以提升磁谐振式无线充电系统的充电效率,但其机理研究目前尚缺乏深入分析。采用全波分析方法,从负磁导率超材料板对一个典型磁谐振式无线充电系统能量充电效率的影响角度进行分析。结果表明,基于磁场边界条件和电磁波折射理论的机理分析无法为超材料提升磁谐振式无线充电效率提供充分的理论支撑。     

基于平面微带结构超介质天线设计与分析

利用开槽曲流技术构建了一种工作频段位于S、C波段内的多频微带贴片天线,根据传统立体左手材料的变型结构设计了一种新型平面微带结构的超介质。在微带贴片天线的介质基板内加载超介质覆层后,天线工作频率降低,频带展宽以及辐射性能得到改善。HFSS和Matlab仿真实验结果表明,新型平面微带结构的超介质在2.7~4.9GHz和5.0~5.5 GHz两个频段内具有等效介电常数和等效磁导率均小于0的左手特性,工作频率在2.66,3.67,4.66和5.49 GHz的微带贴片天线加载超介质覆层后,其谐振频率分别降低了140,140,210和270 MHz,同时4.60~4.78GHz的工作频带展宽了160 MHz。该超介质微带天线可以运用于实际的WLAN或WIMAX通信中。     

宽带低交叉极化超材料漏波天线的设计

基于基片集成波导结构提出了一种新型双层电磁超材料单元，并验证了其左手特性。将超材料单元应用于漏波天线的设计，所设计的天线由15个双层电磁超材料单元组成。将设计好的天线进行加工测试，测试与仿真结果吻合较好，表明漏波天线的工作频带为7.20~12.70GHz，在工作频带内可实现从后向-78°到前向+80°的连续主波束扫描，天线在工作频带内的测试增益均大于10dBi，峰值增益为15.2dBi，3dB增益带宽达到50.2%。此外，该漏波天线具有很低的交叉极化电平，交叉极化始终比主极化低至少30dB。相比于新近文献报道的同类型超材料漏波天线，所设计的天线具有更加优越的电气性能。     

基于多开口谐振环的双频左手材料设计

基于多开口谐振环结构,提出一种双频宽带左手材料.结构由正方形谐振环与工字型负载线组合而成,具有频带宽、频率可调与易于加工的特点.通过软件仿真与样品测试提取等效介质参数,结果表明该结构左手频带分别位于7.8~8.2 GHz和8.4~13.4 GHz,左手带宽共计5.4 GHz.相较于传统结构,该结构带宽更宽且在一定范围可对左手频带进行调节.     

基于相变材料GexSbyTez(GST)的微波可调超材料器件研究

基于非挥发性相变材料GexSbyTez(GST),设计并仿真了两种典型的微波可调超材料器件。结构由刻蚀在玻璃基底上的铜开口谐振环(Split-Ring Resonator,SRR)构成,GST薄膜镀在SRR环开口处。在特定的诱导条件下,相变材料GST将在非晶态和晶态之间产生可逆且相对稳定的转换,并由此获得电磁参数的显著改变,实现超材料器件的可调节。仿真中获得了调制深度为81.09%的可调微波超表面;吸收强度为99.67%的可调吸波器,且通过改变GST薄膜厚度,实现吸收强度由完美吸波到24.50%的连续可调节。本研究为微波可调超材料器件提供了一个新的实现机制。     

Dual Band Dual Polarization Directive Patch Antenna Using Rectangular Metallic Grids Metamaterial

In this letter, a kind of metamaterial superstrate based on rectangular metallic grids is presented to enhance the directivity of patch antenna at two frequency bands for two orthogonal polarizations. According to the periodic boundary condition, the influences of its important geometry parameters are investigated in detail by simulating its unit cell. It is found that the transmission peak frequency is intimately related to the size of rectangular metallic grid. Then, a dual band dual polarization patch antenna with metamaterial is studied and compared with conventional patch antenna. It is demonstrated that by introducing the proposed metamaterial superstrate, the gain of the patch antenna is improved by 9.5 dB at 14.1 GHz for x polarization and 12 dB at 15.4 GHz for y polarization, respectively.     

基于MATLAB红外双波段成像探测器性能仿真

红外双波段成像探测器能接收目标和干扰源在两个波段上的辐射能量.从普朗克黑体辐射定律出发,根据MATLAB软件模拟出的目标和干扰源的辐射特性来选择SW/MW两个红外波段.首先利用仿真程序计算InSb面阵探测器对于点黑体和面黑体的响应结果,由计算结果和测试结果较好的一致性,说明设计的MATLAB仿真程序具有实用性.再从实际研制的HgCdTe 128×128叠层式双波段器件结构考虑,通过一定的变换,利用仿真程序对HgCdTe SW/MW双波段成像探测器进行参数性能仿真,达到利用成像及双色比来区分目标和干扰的目的.     

宽带低频放大器的设计

文中讨论了宽带低频放大器的设计。宽带网络采用有源低通滤波器和有源高通滤波器组合而成。在电路设计中,有源滤波电路和放大电路采用同一放大模块,这样简化了电路,缩小了体积,提高了产品的可靠性。通过分析低通滤波器和高通滤波器的设计过程,给出了试验数据、滤波器波形和宽带低频放大器电路图,再经过调整得到较好的通频带波形。该放大器在10～85kHz这个范围内,有较好的增益平坦度和稳定的性能,电压增益为60dB,满足设计要求。     

双频HIS的设计及其在微带天线RCS减缩中的应用

设计了一种新型双频高阻抗表面(HIS)结构,并将其应用在双频微带天线的带内雷达散射截面(RCS)减缩中.通过在蘑菇状EBG结构的表面贴片开槽实现两个同相反射相位带隙,将该HIS结构加载在双频微带天线周围.仿真和实测结果表明,当天线周围加载HIS结构后,天线辐射性能基本不变,同时带内RCS分别获得5.5dB和6.5dB的减缩.     

一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线

将基片集成波导技术和平面螺旋天线技术结合,提出了一种新型双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线。在其它条件一样前提下,采用基片集成波导结构的天线和没采用该SIW结构时相比,天线增益在低频段1.7～1.87GHz增益基本一样,在高频段2.4～2.9GHz有SIW结构的增益提高了1.1～3.5dB。仿真和测试结果表明,经优化设计后的天线在S11小于-10dB时的工作频带为1.705～1.865GHz和2.321～2.646GHz。该天线在垂直于天线基板的平面内具有全向特性,具有重量轻、低剖面、高增益、易于和平面电路集成等优点,可以用于同时接收移动通信信号和无线局域网信号。     

宽频带双圆极化单脉冲馈源设计

介绍了一种宽频带双圆极化单脉冲馈源,采用了一种新型馈电方式的单极对数周期天线单元,并利用这种单极对数周期单元以等间距的方式序列馈电,均匀地将8个单极对数周期天线布在一个圆锥上,巧妙地解决了宽频带内的组阵问题。用宽频带双圆极化波束形成网络馈电的该馈源,已成功地应用于某旋转抛物面。实验结果表明,该馈源工作于C波段,具有良好的左/右旋双圆极化和差性能,满足了实际使用的要求,在电子战领域具有很高的应用价值。     

基于新型带阻谐振单元的双频带阻滤波器设计

基于螺旋交指结构设计了一种新型的带阻谐振单元,并采用全波仿真软件对其进行分析。仿真结果表明,在此谐振单元中存在2个较窄的阻带,改变单元结构的尺寸可分别控制2个阻带的位置。在此基础上,采用2个单元级联的方式设计并加工了一款具有优越电磁性能的结构紧凑的双频带阻滤波器。采用矢量网络分析仪对所设计的滤波器进行测试,测试和仿真结果吻合较好,2个阻带的中心频率为3.30GHz和4.93GHz,对应的阻带带宽分别为3.23³.37GHz和4.733.37GHz和4.73⁵.10GHz,阻带边缘陡峭度大于90dB/GHz,所设计的带阻滤波器具有优越的性能。此外,该滤波器的有效尺寸为24.0mm×5.2mm,与传统带阻滤波器相比较,小型化优势明显。     

S 频段pHEMT 双通道低噪声放大器芯片的设计

采用GaAs 0.13μmp HEMT MMIC流片工艺设计和制作了一种S频段双通道低噪声放大器芯片,芯片内部集成了两个低噪声放大器通道、一级单刀双掷(SPDT)开关和一个晶体管-晶体管逻辑(TTL)电平转换电路。低噪声放大器电路采用一级共源共栅场效应管(Cascode FET)结构实现,使其具有比单管更高的增益,简化了芯片拓扑,降低了芯片设计难度。经流片测试,在1.9~2.1GHz的工作频带内,芯片噪声系数优于1.4dB,增益大于22.5dB,输入驻波优于1.8,输出驻波优于1.4,输出1dB压缩点(P1dB)为10dBm。大量芯片样本在片测试统计数据表明该低噪声放大器成品率大于90%,性能指标优于目前同类商业芯片指标。