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周期性磁谐振材料本构参数的理论分析

徐新河 肖绍球 甘月红 王秉中

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周期性磁谐振材料本构参数的理论分析

徐新河, 肖绍球, 甘月红, 王秉中

Theoretical analysis of constitutive parameters for the periodic magnetic resonator metamaterials

Xu Xin-He, Xiao Shao-Qiu, Gan Yue-Hong, Wang Bing-Zhong
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  • 将薄的磁谐振介质板等效为面磁流, 利用周期性边界条件, 给出了面磁流的指数形式. 通过计算无穷个面磁流在不同空间位置上产生的总电场和总磁场, 推导出了周期性磁谐振人工材料的色散关系和布洛赫阻抗, 进而获取了布洛赫本构参数的理论计算公式. 由于考虑了磁谐振人工材料中的电反谐振对布洛赫介电常数和磁导率的影响, 所以基于仿真实验的布洛赫本构参数的提取值和布洛赫本构参数理论预测值之间的误差很小, 这说明本文推导的布洛赫本构参数的理论计算公式在描述周期性磁谐振材料的电磁特性方面是十分有效的. 这些理论公式将在解释磁谐振现象、设计和优化周期性磁谐振材料等方面提供重要的理论依据.
    The thin magnetic resonance dielectric plate is equivalent to a surface magnetic current. Using periodic boundary conditions, the exponential form of the surface magnetic current density is given. The dispersion relation and Bloch impedance of a periodic magnetic resonator metamaterial are derived by calculating the total electric and magnetic fields at the different positions excited by the infinite number of surface magnetic currents, and thus the theoretical formulas for Bloch constitutive parameters are obtained. Since the electric anti-resonance influence on the Bloch permittivity and permeability of magnetic resonator metamaterial is considered, thus the Bloch constitutive parameter difference between theoretical values and retrieval results based on simulations is very small, which shows that the Bloch constitutive parameter formula derived in the paper is very effective to describe the electromagnetic properties of the periodic magnetic resonant material. These theoretical formulas will provide important theoretical basis for the interpretation of the magnetic resonance phenomenon, the design and optimization of the periodic magnetic resonant material.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60971029, 60872034, 61271028) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60971029, 60872034, 61271028).
    [1]

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

    [2]

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

    [3]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [4]

    Schurig D R, Mock J J, Smith D R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041109

    [5]

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

    [6]

    Li J C, Guo L X, Liu S H 2012 Acta Phys. Sin. 61 124102 (in Chinese) [李俊成, 郭立新, 刘松华 2012 物理学报 61 124102]

    [7]

    Yang C, Zhang H X, Wang H X, Xu N, Xu Y Y, Huang L Y, Zhang K X 2012 Acta Phys. Sin. 61 164101 (in Chinese) [杨晨, 张洪欣, 王海侠, 徐楠, 许媛媛, 黄丽玉, 张可欣 2012 物理学报 61 164101]

    [8]

    Xu X H, Xiao S Q, Gan Y H, Fu C F, Wang B Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 124103 (in Chinese) [徐新河, 肖绍球, 甘月红, 付崇芳, 王秉中 2012 物理学报 61 124103]

    [9]

    Dai X Y, Wen S C, Xiang Y J 2008 Chin. Phys. B 17 186

    [10]

    Liu R, Cui T J, Huang D, Zhao B, Smith D R 2007 Phys. Rev. E 76 026606

    [11]

    Smith D R 2010 Phys. Rev. E 81 03660

    [12]

    Smith D R, Schultz S 2002 Phys. Rev. B 65 195104

    [13]

    Smith D R, Pendry J B 2006 J. Opt. Soc. Am. B 23 391

    [14]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

    [15]

    Chen X, Grzegorczyk T M, Wu B I, Pacheco Jr J, Kong J A 2004 Phys. Rev. E 70 016608

    [16]

    Gong J Q, Liang C H 2011 Acta Phys. Sin. 60 059204 (in Chinese) [龚建强, 梁昌洪 2011 物理学报 60 059204]

    [17]

    Varadan V, Sheng Z, Penumarthy S, Puligalla S 2006 Microwave Opt. Technol. Lett. 48 1549

    [18]

    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)]

  • [1]

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

    [2]

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

    [3]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [4]

    Schurig D R, Mock J J, Smith D R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041109

    [5]

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

    [6]

    Li J C, Guo L X, Liu S H 2012 Acta Phys. Sin. 61 124102 (in Chinese) [李俊成, 郭立新, 刘松华 2012 物理学报 61 124102]

    [7]

    Yang C, Zhang H X, Wang H X, Xu N, Xu Y Y, Huang L Y, Zhang K X 2012 Acta Phys. Sin. 61 164101 (in Chinese) [杨晨, 张洪欣, 王海侠, 徐楠, 许媛媛, 黄丽玉, 张可欣 2012 物理学报 61 164101]

    [8]

    Xu X H, Xiao S Q, Gan Y H, Fu C F, Wang B Z 2012 Acta Phys. Sin. 61 124103 (in Chinese) [徐新河, 肖绍球, 甘月红, 付崇芳, 王秉中 2012 物理学报 61 124103]

    [9]

    Dai X Y, Wen S C, Xiang Y J 2008 Chin. Phys. B 17 186

    [10]

    Liu R, Cui T J, Huang D, Zhao B, Smith D R 2007 Phys. Rev. E 76 026606

    [11]

    Smith D R 2010 Phys. Rev. E 81 03660

    [12]

    Smith D R, Schultz S 2002 Phys. Rev. B 65 195104

    [13]

    Smith D R, Pendry J B 2006 J. Opt. Soc. Am. B 23 391

    [14]

    Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617

    [15]

    Chen X, Grzegorczyk T M, Wu B I, Pacheco Jr J, Kong J A 2004 Phys. Rev. E 70 016608

    [16]

    Gong J Q, Liang C H 2011 Acta Phys. Sin. 60 059204 (in Chinese) [龚建强, 梁昌洪 2011 物理学报 60 059204]

    [17]

    Varadan V, Sheng Z, Penumarthy S, Puligalla S 2006 Microwave Opt. Technol. Lett. 48 1549

    [18]

    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)]

  • [1] 王垚, 姜璐, 周又和, 薛存. 超导薄膜磁-热不稳定与强非线性电磁本构的关联性. 物理学报, 2022, 71(20): 207401. doi: 10.7498/aps.71.20220285
    [2] 张顺浓, 朱伟骅, 李炬赓, 金钻明, 戴晔, 张宗芝, 马国宏, 姚建铨. 铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射. 物理学报, 2018, 67(19): 197202. doi: 10.7498/aps.67.20181178
    [3] 潘庭婷, 曹文, 邓彩松, 王鸣, 夏巍, 郝辉. X-两环结构的光学特性研究. 物理学报, 2018, 67(15): 157301. doi: 10.7498/aps.67.20172582
    [4] 徐新河, 吴夏, 肖绍球, 甘月红, 王秉中. 磁电超材料折射率特性分析. 物理学报, 2013, 62(8): 084101. doi: 10.7498/aps.62.084101
    [5] 陈娟, 张安学, 田春明. 垂直入射条件下金属环的谐振特性. 物理学报, 2012, 61(2): 024102. doi: 10.7498/aps.61.024102
    [6] 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
    [7] 陈春晖, 屈绍波, 王甲富, 马华, 徐卓, 何花. 连通的开口和闭口谐振环构成的磁超材料设计. 物理学报, 2011, 60(8): 084104. doi: 10.7498/aps.60.084104
    [8] 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
    [9] 唐明春, 肖绍球, 邓天伟, 王多, 柏艳英, 金大鹏, 王秉中. 一种新颖的变异开口谐振环双频带磁谐振特异材料. 物理学报, 2011, 60(6): 064101. doi: 10.7498/aps.60.064101
    [10] 王甲富, 屈绍波, 徐卓, 夏颂, 张介秋, 马华, 杨一鸣, 吴翔. 电谐振器和磁谐振器构成的左手材料的实验验证. 物理学报, 2010, 59(3): 1847-1850. doi: 10.7498/aps.59.1847
    [11] 吴俊芳, 孙明昭, 张淳民. 左手材料的响应频段和单元尺寸关系的研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3844-3847. doi: 10.7498/aps.58.3844
    [12] 张松, 屈绍波, 马华, 谢峰, 徐卓. 基于平行金属条的左手结构设计与仿真研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3961-3965. doi: 10.7498/aps.58.3961
    [13] 杨一鸣, 屈绍波, 王甲富, 徐卓. 由同时具有磁谐振和电谐振结构组成的左手材料. 物理学报, 2009, 58(2): 1031-1035. doi: 10.7498/aps.58.1031
    [14] 王甲富, 屈绍波, 徐 卓, 张介秋, 杨一鸣, 马 华. 磁谐振和电谐振结构构成的左手材料设计. 物理学报, 2008, 57(8): 5015-5019. doi: 10.7498/aps.57.5015
    [15] 杨 帆, 文玉梅, 李 平, 郑 敏, 卞雷祥. 考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析. 物理学报, 2007, 56(6): 3539-3545. doi: 10.7498/aps.56.3539
    [16] 司马文霞, 刘 凡, 孙才新, 廖瑞金, 杨 庆. 基于改进的径向基函数神经网络的铁磁谐振系统混沌控制. 物理学报, 2006, 55(11): 5714-5720. doi: 10.7498/aps.55.5714
    [17] 张东科, 张冶文, 赫 丽, 李宏强, 陈 鸿. 利用集总L-C元件构造的一维metamaterials特性的实验研究. 物理学报, 2005, 54(2): 768-772. doi: 10.7498/aps.54.768
    [18] 张世昌, 胡忠秀, 王文耀. 常参数波荡器自由电子激光中电子相轨道从周期性到非周期性的演化. 物理学报, 1990, 39(11): 1745-1750. doi: 10.7498/aps.39.1745
    [19] 崔广霁, 孟小凡, 邵凯. 谐振型Josephson隧道结与外加微波的磁耦合(Ⅱ). 物理学报, 1982, 31(12): 8-12. doi: 10.7498/aps.31.8
    [20] 崔广霁, 孟小凡, 邵凯. 谐振型Josephson隧道结与外加微波的磁耦合(Ⅰ). 物理学报, 1982, 31(12): 1-7. doi: 10.7498/aps.31.1-2
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-08-29
  • 修回日期:  2012-10-22
  • 刊出日期:  2013-05-05

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