左手材料微结构构型的传输线比拟模型

高仁璟; 史鹏飞; 刘书田; 段玉平; 唐祯安

doi:10.7498/aps.59.8566

摘要

提出了基于传输线比拟模型的左手材料微结构设计方法,并对此进行了分析、验证.首先根据已有的具有左右手性质的基本传输线模型,通过类比构建了具有左手性质的新模型,进而通过定性分析传输线网络中的各元件与微结构连续介质构型的形状及尺寸的对应关系,推断出模型中各部分的具体尺寸,从而得到了一个合理的左手材料微结构构型及其对应的传输线比拟模型.对设计的模型进行了实验测试,验证了模型确实具有左手性质.最后,通过数值模拟和实验,研究了微结构的各个尺寸参数对材料出现左手性质的带宽和频段的影响,确定了微结构中对左手性质影响最大的尺寸参数.

关键词:

左手材料 /
传输线 /
构型设计

Abstract

In this paper, based on the equivalent transmission line model a method of designing left-handed metamaterials micro-structures is proposed, verified and analyzed. Firstly, according to the basic transmission line model with left and right-handed characteristics, we build a new left-handed model by analogy. Then according to the qualitative analysis of the corresponding relationship of each component in the transmission line network to the shape and size of continuous medium micro-structure configuration, the specific size of model is inferred, and thus a reasonable left-handed metamaterials micro-structure configuration and the corresponding transmission line model are established. We have conducted a series of tests including numerical simulation, which verifies that there does exist the left-handed characteristic in a certain frequency band. Finally based on the numerical simulation and experiment the effects each micro-structural parameter on left-handed frequency position and bandwidth are analyzed, and the size parameter that affects the left hand characteristic most seriously is determined.

Keywords:

作者及机构信息

(1)大连理工大学材料科学与工程学院,大连 116024; (2)大连理工大学电子信息与电气工程学部,大连 116024; (3)大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连 116024

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:90605002)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2006CB601205)资助的课题.

Authors and contacts

(1)Faculty of Electronic Information and Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; (2)School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; (3)State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, 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, Stewart W J 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 4785
[4]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J 1999 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 47 2075
[5]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C,Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[6]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[7]	Zhao Q, Zhao X P, Kang L, Zhang F L, Liu Y H, Luo C R 2004 Acta Phys. Sin. 53 2206 (in Chinese)[赵乾、赵晓鹏、康雷、张富利、刘亚红、罗春荣 2004 53 2206]
[8]	Kang L, Zhao Q, Zhao X P 2004 Acta Phys. Sin. 53 3379 (in Chinese)[康雷、赵乾、赵晓鹏 2004 53 3379]
[9]	Shi H Y, Jiang Y Y, Sun X D, Guo R H, Zhao Y P 2005 Chin. Phys. 14 1571
[10]	Hu Y H, Fu X Q, Wen S C, Su W H, Fan D Y 2006 Chin. Phys. 15 2970
[11]	Xu F, Bai Y, Qiao L J, Zhao H J, Zhou J 2009 Chin. Phys. B 18 1653
[12]	Grzegorczyk T M, Moss C D, Lu J, Chen X, Pacheco J Jr, Jin A K 2005 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 53 2956
[13]	Huangfu J T 2004 Ph.D. Dissertation (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese)[皇甫江涛 2004 博士学位论文 (杭州:浙江大学)]
[14]	Huangfu J T, Ran L, Chen H, Zhang X, Chen K, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1357
[15]	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)]
[16]	Eleftheriades G V, Iyer A K, Kremer P C 2002 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 50 2702
[17]	Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. E 65 036622
[18]	Liu Y H, Song J, Luo C R, Fu Q H, Zhao X P 2008 Acta Phys. Sin. 57 934 (in Chinese)[刘亚红、宋娟、罗春荣、付全红、赵晓鹏 2008 57 934]
[19]	Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617
[20]	Ozbay E, Aydin K 2008 Photon. Nanostruct.: Fundam. Appl. 6 108

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, Stewart W J 1998 J. Phys.: Condens. Matter 10 4785
[4]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J 1999 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 47 2075
[5]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C,Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[6]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[7]	Zhao Q, Zhao X P, Kang L, Zhang F L, Liu Y H, Luo C R 2004 Acta Phys. Sin. 53 2206 (in Chinese)[赵乾、赵晓鹏、康雷、张富利、刘亚红、罗春荣 2004 53 2206]
[8]	Kang L, Zhao Q, Zhao X P 2004 Acta Phys. Sin. 53 3379 (in Chinese)[康雷、赵乾、赵晓鹏 2004 53 3379]
[9]	Shi H Y, Jiang Y Y, Sun X D, Guo R H, Zhao Y P 2005 Chin. Phys. 14 1571
[10]	Hu Y H, Fu X Q, Wen S C, Su W H, Fan D Y 2006 Chin. Phys. 15 2970
[11]	Xu F, Bai Y, Qiao L J, Zhao H J, Zhou J 2009 Chin. Phys. B 18 1653
[12]	Grzegorczyk T M, Moss C D, Lu J, Chen X, Pacheco J Jr, Jin A K 2005 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 53 2956
[13]	Huangfu J T 2004 Ph.D. Dissertation (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese)[皇甫江涛 2004 博士学位论文 (杭州:浙江大学)]
[14]	Huangfu J T, Ran L, Chen H, Zhang X, Chen K, Grzegorczyk T M, Kong J A 2004 Appl. Phys. Lett. 84 1357
[15]	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)]
[16]	Eleftheriades G V, Iyer A K, Kremer P C 2002 IEEE Trans. Microwave Theor. Techn. 50 2702
[17]	Markos P, Soukoulis C M 2002 Phys. Rev. E 65 036622
[18]	Liu Y H, Song J, Luo C R, Fu Q H, Zhao X P 2008 Acta Phys. Sin. 57 934 (in Chinese)[刘亚红、宋娟、罗春荣、付全红、赵晓鹏 2008 57 934]
[19]	Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev. E 71 036617
[20]	Ozbay E, Aydin K 2008 Photon. Nanostruct.: Fundam. Appl. 6 108

[1]	姜天舒, 肖孟, 张昭庆, 陈子亭. 周期与非周期传输线网络的物理与拓扑性质. , 2020, 69(15): 150301. doi: 10.7498/aps.69.20200258
[2]	何政蕊, 耿友林. 一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现. , 2016, 65(9): 094101. doi: 10.7498/aps.65.094101
[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. , 2015, 64(2): 024102. doi: 10.7498/aps.64.024102
[4]	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. , 2012, 61(8): 084103. doi: 10.7498/aps.61.084103
[5]	张洪欣, 李姗, 张金玲, 刘雯, 吕英华. 基于蘑菇型结构的双入射超宽带复合媒质材料设计与分析. , 2012, 61(5): 054101. doi: 10.7498/aps.61.054101
[6]	邹建龙, 沈瑶, 马西奎. 终端含NMOS反相器传输线系统中的时空复杂行为分析. , 2012, 61(17): 170514. doi: 10.7498/aps.61.170514
[7]	杨晨, 张洪欣, 王海侠, 徐楠, 许媛媛, 黄丽玉, 张可欣. 十字环型左手材料单元结构设计与仿真. , 2012, 61(16): 164101. doi: 10.7498/aps.61.164101
[8]	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. , 2012, 61(12): 124102. doi: 10.7498/aps.61.124102
[9]	高仁璟, 王国明, 刘书田, 唐祯安. 具有特定频段的左手材料构造与设计优化. , 2012, 61(5): 054103. doi: 10.7498/aps.61.054103
[10]	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. , 2011, 60(10): 107804. doi: 10.7498/aps.60.107804
[11]	万健如, 刘英培, 周海亮. 基于传输线理论电力高频脉冲在电缆上的传输与反射研究. , 2010, 59(5): 2948-2951. doi: 10.7498/aps.59.2948
[12]	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. , 2010, 59(6): 4018-4022. doi: 10.7498/aps.59.4018
[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. , 2010, 59(12): 8584-8590. doi: 10.7498/aps.59.8584
[14]	张利伟, 王佑贞, 赫丽, 许静平. 基于传输线的单负材料双层结构的隧穿性质. , 2010, 59(9): 6106-6110. doi: 10.7498/aps.59.6106
[15]	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. , 2009, 58(3): 1758-1764. doi: 10.7498/aps.58.1758
[16]	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. , 2009, 58(6): 3961-3965. doi: 10.7498/aps.58.3961
[17]	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. , 2008, 57(8): 5015-5019. doi: 10.7498/aps.57.5015
[18]	陈亮, 梁昌洪, 党晓杰. 非线性左手材料中的二次谐波. , 2007, 56(11): 6398-6402. doi: 10.7498/aps.56.6398
[19]	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. , 2006, 55(4): 1846-1850. doi: 10.7498/aps.55.1846
[20]	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. , 2005, 54(4): 1607-1612. doi: 10.7498/aps.54.1607

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