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。     

电磁超材料的发展与应用

电磁超材料也被称为新型人工电磁材料,是亚波长尺度单元按周期或非周期排列构成的人工结构,具有传统材料不存在或传统技术难以实现的超常规媒质参数,可对电磁波进行精细调控。超材料是材料、结构、功能的复合体,超越了传统材料的概念和范畴,并已遍布与“波”相关的领域,包括电磁、声学、力学、热学和量子等。近二十年来,电磁超材料一直是物理和信息领域的国际前沿研究热点,由此衍生的相关技术也在通信、雷达和成像等多个领域产生了具有颠覆性效应的一系列应用。     

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.     

基于蘑菇型磁谐振环结构的左手材料设计与分析

提出了一种蘑菇型磁谐振环结构,并结合金属丝电谐振结构设计了左手材料单元。利用CST电磁仿真软件,通过平面波入射实验、等效电磁参数提取及波导仿真实验等方法验证了左手通带的存在。这种磁谐振环结构由单匝开口环路串连而成,相比于传统的多环路开口谐振环有着更为简单的结构形式,便于材料的加工和制备。同时,这种前后相邻的磁谐振环固有的金属条结构,也为左手材料的电磁谐振提供了一种电容耦合单元。     

P/L波段大带宽轻质柔性超材料吸波体

为了适应现代武器设备在低频端的应用和对于吸波性能的要求,基于电磁超材料理论,利用电磁谐振特性设计了一种在P/L波段工作的大带宽轻质柔性吸波体。当电磁波入射到该新型吸波体,根据电磁感应作用机理,会在吸波体表面产生感应电流,通过装载集总电阻的方式,可将入射电磁波的能量转化为热能,从而实现对于电磁波的有效吸收。对于吸波体单元结构形状和尺寸的设计使得该吸波体具有两处谐振频点,并通过多谐振频率的耦合进一步展宽吸波带宽。仿真和实测结果验证了吸波体的优良性能。其工作频段为382~1 419.4 MHz,相对带宽为140.9%,吸波层厚度仅为0.2 mm,在保证大带宽的同时具有重量轻、可共形的优点,在转台曲面吸波、雷达隐身等领域具有广阔的应用前景。     

一种紧凑型电磁带隙结构双陷波超宽带天线设计

基于单EBG结构设计一种带有双陷波功能的超宽带单极子天线。以杯型贴片构成天线辐射单元,馈线处引入半圆开口谐振环?电磁带隙（Semicircular Split Ring Resonator Electromagnetic Bandgap, SCSR?EBG）结构,通过将半圆环型EBG结构开口,构成谐振回路,从而在EBG陷波频率的基础上产生第二陷波频率。与传统EBG结构相比,该结构紧凑,陷波性能明显,单个SCSR?EBG单元（0.13λc1*0.065λc1）可以有效消除WiMAX和WLAN两个频段干扰。仿真和测试结果表明,天线在陷波频段处驻波比（Voltage Standing Wave Ratio,VSWR）>10,通带内具有稳定的辐射特性,可应用于超宽带通信系统。     

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。     

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。     

EBG结构在阿基米德天线中的应用

提出了一种基于EBG结构的天线系统截面优化方案,采用EBG结构代替以往常用的λ/4反射腔结构,可以使天线系统截面高度大大缩减。并对背面加载EBG结构的阿基米德螺旋天线辐射特性进行了仿真分析,仿真结果表明EBG结构可以代替反射腔结构使天线具有单向辐射特性。