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一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现

何政蕊 耿友林

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一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现

何政蕊, 耿友林

Design and analysis of a new type of wideband low-loss and small size left-handed materials

He Zheng-Rui, Geng You-Lin
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  • 设计了一种结构简单、可在电路板单面上印刷的新型左手材料. 该结构由周期性排列的Ⅱ组成, 具有频带宽、损耗低、尺寸小等优点. 该材料在一定频段内具有介电常数和磁导率同时为负的特性. 仿真结果表明: 在8.79-15.57 GHz频率范围内, 折射率实部为负, 而虚部接近于零; 同时在该频段内的波阻抗实部大于零. 从而说明该材料具有左手特性, 在此基础上对该结构进行了制作、加工、并通过矩形波导法进行了验证. 同时, 该左手材料的相对带宽达到55.74%, 而最大单元损耗仅是0.27 dB, 远远优于传统的左手材料.
    A single-side and one-dimensional left handed-material on the basis of periodic Ⅱ structure is designed in this paper. The Ⅱ structure of left-handed material is very simple and has some advantages, such as large bandwidth, small size and low loss. The results of simulation with the software HFSS show that for this structure in a frequency range from 8.79 GHz to 15.75 GHz, the real part and imaginary part of refraction index are less than 0 and approximately 0 respectively, and the real part of wave impedance is greater than 0, the largest loss per unit is 0.27 dB, and the relative bandwidth is 55.78%, showing that this Ⅱ periodic structure has the negative character. Based on the simulation results, this periodic Ⅱ structure is fabricated and measured with the vector network analyzer and wave guide method. The measurements are in agreement with the simulations. All these results prove that this left-handed material has some better characters than traditional meta-materials.
      通信作者: 耿友林, gengyoulin@aliyun.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60971047)资助的课题.
      Corresponding author: Geng You-Lin, gengyoulin@aliyun.com
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60971047).
    [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]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [4]

    Dong H J, Geng Y L 2015 Acta Phys. Sin. 64 024102 (in Chinese) [董怀景, 耿友林 2015 物理学报 64 024102]

    [5]

    Tian Z J, Li W X, Fan J 2015 Acta Phys. Sin. 64 034102 (in Chinese) [田子健, 李玮祥, 樊京 2015 物理学报 64 034102]

    [6]

    Yang H, Wang C H, Guo X F 2014 Acta Phys. Sin. 63 014103 (in Chinese) [杨怀, 王春华, 郭小蓉 2014 物理学报 63 014103]

    [7]

    Yi Q, Zhou F K, Zhang M, Luo X F 2014 Acta Opt. Sin. 34 0416003 (in Chinese) [易强, 周辅坤, 张蒙, 洛兴芳 2014 光学学报 34 0416003]

    [8]

    Zhao Y J, Wang D H, Li B Y, Wang P, Zhou B C, Jiang B 2015 High Power Laser and Particle Beams 27 103254 (in Chinese) [赵亚娟, 王东红, 李宝毅, 王蓬, 周必成, 江波 2015 强激光与粒子束 27 103254]

    [9]

    Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. E 65 036622

    [10]

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

    [11]

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

    [12]

    Ma M Z, Qin W P 2011 J. Nanjing Univ. Posts and Telecommun. (Natural Science) 31 113 (in Chinese) [马明张, 秦卫平 2011 南京邮电大学学报(自然科学版) 31 113]

    [13]

    Sipe J E, van Kranendonk J 1974 Phys. Rev. A 9 1806

    [14]

    Belov P A, Tretyakov S A, Viitanen A J 2002 Phys. Rev. E 66 016608

    [15]

    Jing D L 2013 M. S. Dissertation (Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China) (in Chinese) [金大琳 2013 硕士学位论文(成都: 电子科技大学)]

    [16]

    Damascos N J, Mack R B, Maffett A L, Parmon W, Uslenghi P L E 1984 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 32 400

    [17]

    Akhtar M J, Feher L E, Thumm M 2006 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 54 2011

  • [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]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [4]

    Dong H J, Geng Y L 2015 Acta Phys. Sin. 64 024102 (in Chinese) [董怀景, 耿友林 2015 物理学报 64 024102]

    [5]

    Tian Z J, Li W X, Fan J 2015 Acta Phys. Sin. 64 034102 (in Chinese) [田子健, 李玮祥, 樊京 2015 物理学报 64 034102]

    [6]

    Yang H, Wang C H, Guo X F 2014 Acta Phys. Sin. 63 014103 (in Chinese) [杨怀, 王春华, 郭小蓉 2014 物理学报 63 014103]

    [7]

    Yi Q, Zhou F K, Zhang M, Luo X F 2014 Acta Opt. Sin. 34 0416003 (in Chinese) [易强, 周辅坤, 张蒙, 洛兴芳 2014 光学学报 34 0416003]

    [8]

    Zhao Y J, Wang D H, Li B Y, Wang P, Zhou B C, Jiang B 2015 High Power Laser and Particle Beams 27 103254 (in Chinese) [赵亚娟, 王东红, 李宝毅, 王蓬, 周必成, 江波 2015 强激光与粒子束 27 103254]

    [9]

    Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. E 65 036622

    [10]

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

    [11]

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

    [12]

    Ma M Z, Qin W P 2011 J. Nanjing Univ. Posts and Telecommun. (Natural Science) 31 113 (in Chinese) [马明张, 秦卫平 2011 南京邮电大学学报(自然科学版) 31 113]

    [13]

    Sipe J E, van Kranendonk J 1974 Phys. Rev. A 9 1806

    [14]

    Belov P A, Tretyakov S A, Viitanen A J 2002 Phys. Rev. E 66 016608

    [15]

    Jing D L 2013 M. S. Dissertation (Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China) (in Chinese) [金大琳 2013 硕士学位论文(成都: 电子科技大学)]

    [16]

    Damascos N J, Mack R B, Maffett A L, Parmon W, Uslenghi P L E 1984 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 32 400

    [17]

    Akhtar M J, Feher L E, Thumm M 2006 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 54 2011

  • [1] 吴良威, 张正平. 基于多开口田字形宽频带低损耗左手材料. 物理学报, 2016, 65(16): 164101. doi: 10.7498/aps.65.164101
    [2] 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
    [3] 杨怀, 王春华, 郭小蓉. 基于正六边形多开口的新型双频带左手材料. 物理学报, 2014, 63(1): 014103. doi: 10.7498/aps.63.014103
    [4] 王丛屹, 徐成, 伍瑞新. 用最小结构单元频率选择表面实现大入射角宽频带的透波材料. 物理学报, 2014, 63(13): 137803. doi: 10.7498/aps.63.137803
    [5] 田子建, 陈文超, 樊京. 基于双Σ形金属条的双向左手材料. 物理学报, 2013, 62(7): 074102. doi: 10.7498/aps.62.074102
    [6] 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
    [7] 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
    [8] 刘青伦, 王自成, 刘濮鲲. 基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124101. doi: 10.7498/aps.61.124101
    [9] 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
    [10] 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
    [11] 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
    [12] 顾超, 屈绍波, 裴志斌, 徐卓, 林宝勤, 周航, 柏鹏, 顾巍, 彭卫东, 马华. 基于电阻膜的宽频带超材料吸波体的设计. 物理学报, 2011, 60(8): 087802. doi: 10.7498/aps.60.087802
    [13] 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
    [14] 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
    [15] 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
    [16] 王甲富, 屈绍波, 徐卓, 张介秋, 马华, 杨一鸣, 吴翔, 鲁磊. 基于金属结构单元间耦合的左手材料的设计及实验验证. 物理学报, 2010, 59(6): 4018-4022. doi: 10.7498/aps.59.4018
    [17] 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
    [18] 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
    [19] 刘亚红, 罗春荣, 赵晓鹏. 同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料. 物理学报, 2007, 56(10): 5883-5889. doi: 10.7498/aps.56.5883
    [20] 武明峰, 孟繁义, 吴 群, 吴 健. 基于DGS和双层SRRs结构的左手介质微带线的设计. 物理学报, 2006, 55(11): 5790-5794. doi: 10.7498/aps.55.5790
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-21
  • 修回日期:  2015-12-29
  • 刊出日期:  2016-05-05

一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现

  • 1. 杭州电子科技大学天线与微波研究所, 杭州 310018
  • 通信作者: 耿友林, gengyoulin@aliyun.com
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60971047)资助的课题.

摘要: 设计了一种结构简单、可在电路板单面上印刷的新型左手材料. 该结构由周期性排列的Ⅱ组成, 具有频带宽、损耗低、尺寸小等优点. 该材料在一定频段内具有介电常数和磁导率同时为负的特性. 仿真结果表明: 在8.79-15.57 GHz频率范围内, 折射率实部为负, 而虚部接近于零; 同时在该频段内的波阻抗实部大于零. 从而说明该材料具有左手特性, 在此基础上对该结构进行了制作、加工、并通过矩形波导法进行了验证. 同时, 该左手材料的相对带宽达到55.74%, 而最大单元损耗仅是0.27 dB, 远远优于传统的左手材料.

English Abstract

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