小型化电谐振人工特异材料研究

唐明春; 肖绍球; 邓天伟; 柏艳英; 官剑; 王秉中

doi:10.7498/aps.59.4715

摘要

详细分析了电谐振人工特异材料设计原理,并结合等效电路模型通过加载等效电感、等效电容和接地等方法,将相同尺寸的工字形结构工作频率从12.21 GHz降到了5.46 GHz,小型化效果明显.该成果不仅对于不同结构人工特异材料小型化设计提供了重要的参考,同时也为设计不同性能、不同工作频率的人工特异材料提供了明确的研究方向和有效的途径.

关键词:

The principle of electric resonance metamaterial design is analyzed in detail, and the designed metamaterial (H-shaped metamaterial) is significantly miniaturized due to the lowering in the operating frequency from 12.21 to 5.46 GHz while keeping the dimensions unchanged, which was achieved by means of equivalent inductance and capacitance loading and grounding based on the equivalent circuit model. Our work not only provides a reference for miniaturizing different metamaterial configurations, but also points out specific research directions and effective ways in the design of metameterials with different characteristics and different operating frequencies.

Keywords:

作者及机构信息

1.
电子科技大学应用物理研究所,成都 610054

基金项目: 教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-07-0154)、航空科技基金(批准号:20070180003)和国防预研基金(批准号:08DZ0229,09DZ0204)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Applied Physics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China

参考文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Pendry J B, Holden A J, Stewart W J 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773
[3]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory and Tech.47 2075
[4]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[5]	Chen H S 2005 (Ph. D. Dissertation) (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese) [陈红胜 2005 (博士学位论文)(杭州: 浙江大学)]
[6]	Meng F Y, Wu Q, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2200 (in Chinese) [孟繁义、吴群、吴健 2006 物理学报 55 2200]
[7]	Meng F Y, Wu Q, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2194 (in Chinese) [孟繁义、吴群、吴健 2006 物理学报 55 2194]
[8]	Liu Y Y, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (in Chinese) [刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 物理学报 56 5883]
[9]	Yang Y M, Qu S B, Wang J F, Xu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1031 (in Chinese) [杨一鸣、屈绍波、王甲富、徐卓 2009 物理学报 58 1031]
[10]	Enoch S, Tayeb G, Sabouroux P, Guérin N, Vincent P 2002 Phys. Rev. Lett. 89 213902
[11]	Liu T, Cao X Y, Zhang G, Wen X 2007 Systems Engineering and Electronics 29 2192 (in Chinese) [刘涛、曹祥玉、张广、文曦 2007 系统工程与电子技术 29 2192]
[12]	Alici K B, Bilotti F, Vegni L, Ozbay E 2007 Appl. Phys. Lett. 91 071121
[13]	Wu B I, Chen H S, Kong J A, Grzegorczyk T M 2007 J. Appl. Phys. 101 114913
[14]	Wang F J, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Yang Y M, Ma H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5015 (in Chinese) [王甲富、屈绍波、徐卓、张介秋、杨一鸣、马华 2008 物理学报 57 5015]
[15]	Padilla W J, Aronsson M T, Highstrete C, Lee M, Taylor A J, Averitt R D 2007 Phys. Rev. B 75 041102
[16]	Hao J M, Yuan Y, Ran L X, Jiang T, Kong J A, Chan C T, Zhou L 2007 Phys. Rev. Lett. 10 063908
[17]	Wu M F, Meng F Y, Fu J H, Wu Q, Wu J 2008 Acta Phys. Sin. 57 0822 (in Chinese) [武明峰、孟繁义、傅佳辉、吴群、吴健 2008 物理学报 57 0822]
[18]	Yang R, Xie Y J, Wang Y Y, Fu H Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 5513 (in Chinese) [杨锐、谢拥军、王元源、傅焕展 2008 物理学报 57 5513]
[19]	Chen X F, Shen X M, Jiang M P, Jin Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 3578 (in Chinese) [陈宪锋、沈小明、蒋美萍、金铱 2008 物理学报 57 3578]
[20]	Xiang Y J, Wen S C, Tang K S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2714 (in Chinese) [项元江、文双春、唐康凇 2006 物理学报 55 2714]
[21]	Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Antennas Propagat. 51 1516

施引文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Pendry J B, Holden A J, Stewart W J 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773
[3]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory and Tech.47 2075
[4]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[5]	Chen H S 2005 (Ph. D. Dissertation) (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese) [陈红胜 2005 (博士学位论文)(杭州: 浙江大学)]
[6]	Meng F Y, Wu Q, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2200 (in Chinese) [孟繁义、吴群、吴健 2006 物理学报 55 2200]
[7]	Meng F Y, Wu Q, Wu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 2194 (in Chinese) [孟繁义、吴群、吴健 2006 物理学报 55 2194]
[8]	Liu Y Y, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (in Chinese) [刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 物理学报 56 5883]
[9]	Yang Y M, Qu S B, Wang J F, Xu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1031 (in Chinese) [杨一鸣、屈绍波、王甲富、徐卓 2009 物理学报 58 1031]
[10]	Enoch S, Tayeb G, Sabouroux P, Guérin N, Vincent P 2002 Phys. Rev. Lett. 89 213902
[11]	Liu T, Cao X Y, Zhang G, Wen X 2007 Systems Engineering and Electronics 29 2192 (in Chinese) [刘涛、曹祥玉、张广、文曦 2007 系统工程与电子技术 29 2192]
[12]	Alici K B, Bilotti F, Vegni L, Ozbay E 2007 Appl. Phys. Lett. 91 071121
[13]	Wu B I, Chen H S, Kong J A, Grzegorczyk T M 2007 J. Appl. Phys. 101 114913
[14]	Wang F J, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Yang Y M, Ma H 2008 Acta Phys. Sin. 57 5015 (in Chinese) [王甲富、屈绍波、徐卓、张介秋、杨一鸣、马华 2008 物理学报 57 5015]
[15]	Padilla W J, Aronsson M T, Highstrete C, Lee M, Taylor A J, Averitt R D 2007 Phys. Rev. B 75 041102
[16]	Hao J M, Yuan Y, Ran L X, Jiang T, Kong J A, Chan C T, Zhou L 2007 Phys. Rev. Lett. 10 063908
[17]	Wu M F, Meng F Y, Fu J H, Wu Q, Wu J 2008 Acta Phys. Sin. 57 0822 (in Chinese) [武明峰、孟繁义、傅佳辉、吴群、吴健 2008 物理学报 57 0822]
[18]	Yang R, Xie Y J, Wang Y Y, Fu H Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 5513 (in Chinese) [杨锐、谢拥军、王元源、傅焕展 2008 物理学报 57 5513]
[19]	Chen X F, Shen X M, Jiang M P, Jin Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 3578 (in Chinese) [陈宪锋、沈小明、蒋美萍、金铱 2008 物理学报 57 3578]
[20]	Xiang Y J, Wen S C, Tang K S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2714 (in Chinese) [项元江、文双春、唐康凇 2006 物理学报 55 2714]
[21]	Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Antennas Propagat. 51 1516

[1]	张嘉禧, 李凌峰, 钟洪文, 肖嘉莹. 用于深层组织分子成像的小型化光声/超声内窥成像探头. 物理学报, 2024, 73(21): 214203. doi: 10.7498/aps.73.20241076
[2]	孙淑鹏, 程用志, 罗辉, 陈浮, 杨玲玲, 李享成. 基于人工表面等离激元的小型化电可调缺口带滤波器. 物理学报, 2024, 73(3): 034101. doi: 10.7498/aps.73.20231447
[3]	杨鑫宇, 叶华朋, 李佩芸, 廖鹤麟, 袁冬, 周国富. 小型化涡旋光模式解复用器: 原理、制备及应用. 物理学报, 2023, 72(20): 204207. doi: 10.7498/aps.72.20231521
[4]	胥守振, 谢实梦, 吴丹, 迟子惠, 黄林. 基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术. 物理学报, 2022, 71(5): 050701. doi: 10.7498/aps.71.20211394
[5]	吴彤, 霍文麒, 黄蕴智, 王吉明, 顾晓蓉, 路元刚, 赫崇君, 刘友文. 用于内窥光学相干层析成像的小型化预标定Lissajous扫描光纤探头. 物理学报, 2021, 70(15): 150701. doi: 10.7498/aps.70.20210151
[6]	黄梅婷, 姜银花, 陈钰琦, 李润华. 铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析. 物理学报, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018
[7]	胥守振, 黄林, 谢实梦, 迟子惠, 吴丹. 基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211394
[8]	张越, 侯飞雁, 刘涛, 张晓斐, 张首刚, 董瑞芳. 基于II类周期极化铌酸锂波导的通信波段小型化频率纠缠源产生及其量子特性测量. 物理学报, 2018, 67(14): 144204. doi: 10.7498/aps.67.20180329
[9]	赵芳婧, 高峰, 韩建新, 周驰华, 孟俊伟, 王叶兵, 郭阳, 张首刚, 常宏. 小型化锶光钟物理系统的研制. 物理学报, 2018, 67(5): 050601. doi: 10.7498/aps.67.20172584
[10]	戴雨涵, 陈小浪, 赵强, 张继华, 陈宏伟, 杨传仁. 太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构. 物理学报, 2013, 62(6): 064101. doi: 10.7498/aps.62.064101
[11]	鲁磊, 屈绍波, 施宏宇, 张安学, 张介秋, 马华. 基于宽边耦合螺旋结构的低频小型化极化不敏感超材料吸波体. 物理学报, 2013, 62(15): 158102. doi: 10.7498/aps.62.158102
[12]	许河秀, 王光明, 梁建刚, 彭清. 一种基于分形结构的复合左右手传输线及其在小型化功分器中应用. 物理学报, 2012, 61(7): 074101. doi: 10.7498/aps.61.074101
[13]	徐新河, 肖绍球, 甘月红, 付崇芳, 王秉中. 交指电容加载的周期性对称负磁导率人工材料研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124103. doi: 10.7498/aps.61.124103
[14]	刘亚红, 刘辉, 赵晓鹏. 基于小型化结构的各向同性负磁导率材料与左手材料. 物理学报, 2012, 61(8): 084103. doi: 10.7498/aps.61.084103
[15]	顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 柏鹏, 彭卫东, 林宝勤. 基于磁谐振器加载的宽频带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2011, 60(8): 087801. doi: 10.7498/aps.60.087801
[16]	刘漾, 巩华荣, 魏彦玉, 宫玉彬, 王文祥, 廖复疆. 有效抑制光子晶体加载矩形谐振腔中模式竞争的方法. 物理学报, 2009, 58(11): 7845-7851. doi: 10.7498/aps.58.7845
[17]	武明峰, 孟繁义, 傅佳辉, 吴群, 吴健. 新型小型化的平面左手介质微带线及其后向波特性验证. 物理学报, 2008, 57(2): 822-826. doi: 10.7498/aps.57.822
[18]	杜金梅, 张毅, 张福平, 贺红亮, 王海晏. 冲击加载下PZT 95/5铁电陶瓷的脉冲大电流输出特性. 物理学报, 2006, 55(5): 2584-2589. doi: 10.7498/aps.55.2584
[19]	武明峰, 孟繁义, 吴群, 吴健. 基于左手介质后向波特性的微带天线小型化研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6368-6373. doi: 10.7498/aps.55.6368
[20]	杨辉, 邱阳, 腾浩, 张军, 苍宇, 吕铁铮, 王兆华, 王鸿飞, 魏志义, 张杰. 4.5MW小型化全固态腔倒空飞秒掺钛蓝宝石激光器. 物理学报, 2001, 50(10): 1930-1934. doi: 10.7498/aps.50.1930

计量

文章访问数: 8242
PDF下载量: 691
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板