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十字环型左手材料单元结构设计与仿真

杨晨 张洪欣 王海侠 徐楠 许媛媛 黄丽玉 张可欣

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十字环型左手材料单元结构设计与仿真

杨晨, 张洪欣, 王海侠, 徐楠, 许媛媛, 黄丽玉, 张可欣

Design and simulation of a cross split ring lefthanded materials unit structure

Yang Chen, Zhang Hong-Xin, Wang Hai-Xia, Xu Nan, Xu Yuan-Yuan, Huang Li-Yu, Zhang Ke-Xin
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  • 提出了一种新型十字环型左手材料结构单元.该结构只需在介质板单侧蚀刻, 即可在二维方向上产生等效负介电常数和等效负磁导率.通过理论分析, 提出场-路结合的等效源分析法以计算等效介电常数、磁导率, 并据此对十字环型结构单元的左手特性激发机理进行了论证. 后采用Nicolson-Ross-Weir 等效参数法提取了十字环型单元阵列的相对介电常数和相对磁导率, 并通过棱镜实验对材料的负折射特性进行了验证.实验表明, 该左手材料在6.86.9 GHz频段具有二维入射左手特性. 此种左手材料制作工艺相对简单, 为左手材料在微波器件领域的应用提供了一种较为实用的设计方案.
    In this paper, we present a novel compact left-handed material unit, which can generate the equivalent negative permittivity and negative permeability in the two-dimensional direction only by etching one side of the dielectric substrate. We propose a new formula for calculating the field and circuit to analyze the equivalent permittivity and the equivalent permeability that are used to explain the principle of the left-handed characteristic of the unit. In the simulation, the equivalent permittivity and permeability are calculated by the Nicolson-Ross-Weir method, and the negative refraction is verified by the prism experiment. The experiments show that the cross-ring structure unit can present left-handed properties with frequency bands appearing at 6.86.9 GHz in the two-dimensional incidence. The left-handed material can be used to design microwave field for its simple fabrication process.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60871081, 61072136)和北京市自然科学基金(批准号: 4112039)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60871081, 61072136) and the Natural Science Foundation of Beijing, China (Grant No. 4112039).
    [1]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [2]

    Pendry J B, Holden A J, Stewart W J, Youngs I 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773

    [3]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 4785

    [4]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47 2075

    [5]

    Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77

    [6]

    Brien S O, Pendry J B 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 6383

    [7]

    Hangfu J T, Ran L X, Chen H S, Zhang X M, Chen K S, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1537

    [8]

    Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605

    [9]

    Zhou J F, Koschny T, Zhang L, Tuttle G, Soukoulis C M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 221103

    [10]

    Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Ante. Prop. 51 1516

    [11]

    Meng F Y 2007 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [孟繁义 2007 博士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [12]

    Wang H X, Lü Y H, Zhang H X, Wu Y L 2011 Acta Phys. Sin. 60 034101 (in Chinese) [王海侠, 吕英华, 张洪欣, 吴艳玲 2011 物理学报 60 034101]

    [13]

    Cui W Z, Ma W, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterials and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德, 张洪太 2008 电磁超介质及其应用 (北京:国防工业出版社)]

    [14]

    Zhang S, Ge D B, Zhang Y Q, Wei B 2009 High Power Laser and Particle Beams 21 1370 (in Chinese) [张劭, 葛德斌, 张玉强, 魏兵 2009强激光与粒子束 21 1370]

    [15]

    Chen C H, Qu S B, Xu Z, Wang J F, Ma H, Zhou H 2011 Acta Phys. Sin. 60 024101 (in Chinese) [陈春晖, 屈绍波, 徐卓, 王甲富, 马华, 周航 2011 物理学报 60 024101]

    [16]

    Yang Y M, Qu S B, Wang J F, Zhao J B, Bai P, Li Z, Xia S, Xu Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 074201 (in Chinese) [杨一鸣, 屈绍波, 王甲富, 赵静波, 柏鹏, 李哲, 夏颂, 徐卓 2011 物理学报 60 074201]

    [17]

    Zhang S, Qu S B, Ma H, Xie F, Xu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 3961 (in Chinese) [张松, 屈绍波, 马华, 谢峰, 徐卓 2009 物理学报 58 3961]

    [18]

    Liu Y H, 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]

  • [1]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [2]

    Pendry J B, Holden A J, Stewart W J, Youngs I 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773

    [3]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 4785

    [4]

    Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47 2075

    [5]

    Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77

    [6]

    Brien S O, Pendry J B 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 6383

    [7]

    Hangfu J T, Ran L X, Chen H S, Zhang X M, Chen K S, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1537

    [8]

    Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605

    [9]

    Zhou J F, Koschny T, Zhang L, Tuttle G, Soukoulis C M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 221103

    [10]

    Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Ante. Prop. 51 1516

    [11]

    Meng F Y 2007 Ph. D. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [孟繁义 2007 博士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [12]

    Wang H X, Lü Y H, Zhang H X, Wu Y L 2011 Acta Phys. Sin. 60 034101 (in Chinese) [王海侠, 吕英华, 张洪欣, 吴艳玲 2011 物理学报 60 034101]

    [13]

    Cui W Z, Ma W, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterials and its Applications (Beijing: National Defense Industry Press) (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德, 张洪太 2008 电磁超介质及其应用 (北京:国防工业出版社)]

    [14]

    Zhang S, Ge D B, Zhang Y Q, Wei B 2009 High Power Laser and Particle Beams 21 1370 (in Chinese) [张劭, 葛德斌, 张玉强, 魏兵 2009强激光与粒子束 21 1370]

    [15]

    Chen C H, Qu S B, Xu Z, Wang J F, Ma H, Zhou H 2011 Acta Phys. Sin. 60 024101 (in Chinese) [陈春晖, 屈绍波, 徐卓, 王甲富, 马华, 周航 2011 物理学报 60 024101]

    [16]

    Yang Y M, Qu S B, Wang J F, Zhao J B, Bai P, Li Z, Xia S, Xu Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 074201 (in Chinese) [杨一鸣, 屈绍波, 王甲富, 赵静波, 柏鹏, 李哲, 夏颂, 徐卓 2011 物理学报 60 074201]

    [17]

    Zhang S, Qu S B, Ma H, Xie F, Xu Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 3961 (in Chinese) [张松, 屈绍波, 马华, 谢峰, 徐卓 2009 物理学报 58 3961]

    [18]

    Liu Y H, 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]

  • [1] 郭家梁, 钟宁, 马小萌, 张明辉, 周海燕. 基于振幅-周期二维特征的脑电样本熵分析. 物理学报, 2016, 65(19): 190501. doi: 10.7498/aps.65.190501
    [2] 陈海军. 变分法研究二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚的调制不稳定性. 物理学报, 2015, 64(5): 054702. doi: 10.7498/aps.64.054702
    [3] 董怀景, 耿友林. 基于双十字架型宽带低耗小单元左手材料的设计与实验验证. 物理学报, 2015, 64(2): 024102. doi: 10.7498/aps.64.024102
    [4] 田子建, 李玮祥, 樊京. 基于双三角形金属条的二维可衍生超材料性能分析. 物理学报, 2015, 64(3): 034102. doi: 10.7498/aps.64.034102
    [5] 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
    [6] 李俊成, 郭立新, 刘松华. THz频段单面左手材料的设计及仿真研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124102. doi: 10.7498/aps.61.124102
    [7] 李文强, 曹祥玉, 高军, 刘涛, 姚旭, 马嘉俊. 基于斜三角开口对环的宽带低耗左手材料. 物理学报, 2012, 61(15): 154102. doi: 10.7498/aps.61.154102
    [8] 郭林燕, 杨河林, 李敏华, 高超嵩, 田原. 单方环结构左手材料微带天线. 物理学报, 2012, 61(1): 014102. doi: 10.7498/aps.61.014102
    [9] 弓巧侠, 赵双双, 段智勇, 马凤英. 结构参量对左手材料通带位置影响的研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107804. doi: 10.7498/aps.60.107804
    [10] 陈春晖, 屈绍波, 徐卓, 王甲富, 马华, 周航. 基于单面金属结构的二维宽带左手材料. 物理学报, 2011, 60(2): 024101. doi: 10.7498/aps.60.024101
    [11] 王海侠, 吕英华, 张洪欣, 吴艳玲. 基于双Z形金属条的双入射型左手材料研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034101. doi: 10.7498/aps.60.034101
    [12] 樊京, 蔡广宇. 一种基于金属开口谐振环和杆阵列的左手材料宽带吸收器. 物理学报, 2010, 59(9): 6084-6088. doi: 10.7498/aps.59.6084
    [13] 郭云胜, 张雪峰. 一种结构简单的二维左手材料设计及仿真研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8584-8590. doi: 10.7498/aps.59.8584
    [14] 张淳民, 孙明昭, 袁志林, 宋晓平. 基于三角谐振环的新型六边形谐振环金属线复合周期结构左手材料性质研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1758-1764. doi: 10.7498/aps.58.1758
    [15] 孙明昭, 张淳民, 宋晓平, 梁工英, 孙占波. 基于矩形谐振环的新型复合周期结构左手材料研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6179-6184. doi: 10.7498/aps.58.6179
    [16] 艾 芬, 白 洋, 徐 芳, 乔利杰, 周 济. 基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4189-4194. doi: 10.7498/aps.57.4189
    [17] 陈 亮, 梁昌洪, 党晓杰. 非线性左手材料中的二次谐波. 物理学报, 2007, 56(11): 6398-6402. doi: 10.7498/aps.56.6398
    [18] 张高明, 彭景翠, 翦知渐, 黄小益. 左手材料薄板波导中模式之间的正交关系. 物理学报, 2006, 55(4): 1846-1850. doi: 10.7498/aps.55.1846
    [19] 罗春荣, 康 雷, 赵 乾, 付全红, 宋 娟, 赵晓鹏. 非均匀缺陷环对微波左手材料的影响. 物理学报, 2005, 54(4): 1607-1612. doi: 10.7498/aps.54.1607
    [20] 倪培根, 马博琴, 程丙英, 张道中. 二维LiNbO3非线性光子晶体. 物理学报, 2003, 52(8): 1925-1928. doi: 10.7498/aps.52.1925
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-29
  • 修回日期:  2012-01-17
  • 刊出日期:  2012-08-05

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