微波左手材料單元結(jié)構(gòu)設(shè)計和電磁特性的數(shù)值分析研究.pdf

1、至今為止，尚未在自然界中發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)值的本征材料。科學(xué)家們理論上發(fā)現(xiàn)這種材料具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，這些特性有希望在應(yīng)用中開辟新的天地，革命性地改善傳統(tǒng)微波器件的性能。上世紀(jì)末，這種材料在實(shí)驗(yàn)室中被制備出來。從此，科學(xué)家們開始了對左手材料的大量研究。
　　 作為一種新型材料，與應(yīng)用相比，左手材料本身的制備和特性優(yōu)化顯得更加重要和關(guān)鍵。鑒于此，本文展開了對左手材料的結(jié)構(gòu)探索，旨在于尋求性能更好的左手材料。
　　

2、 本文在大量數(shù)值仿真計算的基礎(chǔ)上，最主要的研究內(nèi)容是設(shè)計出了兩種不同結(jié)構(gòu)的左手材料。其中，一種是由分別位于微波介質(zhì)基板兩側(cè)、開口相對的雙“E”型單元組成的周期陣列結(jié)構(gòu)，通過仿真計算和參數(shù)反演，最后求得周期陣列結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率。分析得知，0-20 GHz的頻率范圍內(nèi)存在等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率同時為負(fù)值的兩個頻段，于是這種雙“E”型結(jié)構(gòu)的左手材料不但具有很好的電穩(wěn)定性，而且可以實(shí)現(xiàn)雙頻的特性。與位于一個平面上開口相對的“E”

3、型結(jié)構(gòu)相比，能夠大幅度地減小單元結(jié)構(gòu)的體積;本文還利用等效電路理論對雙“E”型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)雙頻的實(shí)現(xiàn)對多頻設(shè)計有著非常大的參考借鑒價值。另一種結(jié)構(gòu)是由位于微波介質(zhì)基板一側(cè)相互嵌套開口相對雙“E”型結(jié)構(gòu)與另一側(cè)的金屬線組成的左手材料。這種左手材料與歷史上首次實(shí)現(xiàn)的左手材料具有相同原理，其中雙“E”型結(jié)構(gòu)的磁諧振實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率，金屬線實(shí)現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)，相互組合形成單元結(jié)構(gòu)。其左手特性的頻率范圍與傳統(tǒng)C-SRR（C-shaped Spli

4、t Ring Resonator）結(jié)構(gòu)有著更大的相似性，但雙“E”型結(jié)構(gòu)增加了有兩條耦合線結(jié)構(gòu)，可以靈活地調(diào)節(jié)磁諧振的深度和磁諧振出現(xiàn)的頻點(diǎn)，所以也能夠在一定程度上改善傳統(tǒng)C-SRR結(jié)構(gòu)。兩種左手材料的特性驗(yàn)證，不但采用了參數(shù)反演法，而且設(shè)計出了不同結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真負(fù)折射實(shí)驗(yàn)，同時驗(yàn)證了一定頻點(diǎn)上的左手特性。
　　 除此之外，本文還分析研究了兩種結(jié)構(gòu)中各個邊的寬度、長度等幾何參數(shù)變化對左手特性的影響，考察的要素包括陣列結(jié)構(gòu)的左手特