基于双Z形金属条的双入射型左手材料研究

王海侠; 吕英华; 张洪欣; 吴艳玲

doi:10.7498/aps.60.034101

摘要

提出了一种新型二维左手材料结构单元,该结构由介质板及其两侧放置的两个反向对称的Z形金属条组成.在电磁波垂直于介质板和平行于介质板入射两种情况下,这种结构单元于X波段均表现出左手通带特性.通过模拟仿真,提取等效电磁参数,建立等效磁谐振电路模型,分析验证了该结构的左手特性.并将双Z形结构与相似的工字形结构相比较,发现在电磁波垂直入射时两种结构均出现相似的左手通带,而在电磁波平行入射时,只有双Z形结构实现了双负特性.结果表明这种双Z形左手单元结构具有更优越的电磁波入射适应特性,即实现了双入射型左手结构单元.

关键词:

双Z形结构 /
二维 /
左手材料 /
双入射

Abstract

A new 2D left-handed material structural unit is proposed by setting two reversely symmetrical Z metal strips on each side of the dielectric substrate respectively. The structure can present left-handed properties in X waveband, with electromagnetic waves incident either perpendicularly or parallel to the plane of the substrate. By means of numerical simulation, extracting the effective permittivity and permeability from S parameters and building the equivalent magnetic resonance circuits of the structure, the left-handed property is further analyzed and verified. And by comparing the double Z-shape unit with the traditional H-shape unit, it is shown that they have similar responses of presenting left-handed pass band when electromagnetic waves are incident perpendicularly to the substrate, but only the double Z-shape unit can achieve left-handed features when electromagnetic waves are incident parallel to the substrate. The results indicate that the double Z-shape left-handed structural unit is superior to the traditional H-shape structure, namely, the double Z-shape can redound to design left-handed structural unit for double dimension incidence of electromagnetic waves.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京邮电大学电子工程学院,北京 100876

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60871081, 60671055, 60771060),高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20070013002, 20070013004)和信息安全国家重点实验室(中科院研究生院)开放课题资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of electronic engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, 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, Youngs I 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773
[3]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47 2057
[4]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[5]	Shi HY, JiangYY, SunX D, Guo R H, ZhaoY P2005 Chin. Phys. 14 1571
[6]	Jiang T, Chen Y, Feng Y J 2006 Chin. Phys. 15 1154
[7]	Hu Y H, Fu X Q, Wen S C, SuW H, Fan D Y 2006 Chin. Phys. 15 2970
[8]	Schuring D, Mork J J, Smith D R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041109
[9]	Zhang H X, Bao Y F, LuY H, ChenTM, Wang H X 2008 Chin. Phys.B 17 1645
[10]	Zhuo S C, Yan C C 2010 Acta Phys. Sin. 59 360 (in Chinese)[卓士创、闫长春 2010 59 360]
[11]	Grzegorczyk T M, Moss C D, Lu Jie, Chen X D, Pacheco J Jr, Kong J A 2005 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 53 2956
[12]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605
[13]	Ran L, Huangfu J , Chen H , Li Y, Zhang X, Chen K, Kong J A 2004 Phys. Rev. B 70 073102
[14]	Liu Y H, Luo C R, Zhao X P2007 Acta Phys. Sin. 56 5883(in Chinese)[刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 56 5883]
[15]	Zhou J F, Zhang L, Tuttle G, Koschny T, Soukoulis C M 2006 Phys. Rev. B 73 041101
[16]	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 58 3961]
[17]	Kafesaki M, Tsiapa I, Katsarakis N , Koschny T 2007 Phys. Rev. B 75 235114
[18]	Mary A, Rodrigo S G, Garcia-Vidal F J, Martin-Moreno L 2008 Phys. Rev. Lett. 101 103902
[19]	Menzel C, Paul T, Rockstuhl C, Pertsch T, Tretyakov S, Lederer F 2010 Phys. Rev. B 81 035320
[20]	Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Ante. Prop. 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, Youngs I 1996 Phys. Rev. Lett. 76 4773
[3]	Pendry J B, Holden A J, Robbins D J, Stewart W J 1999 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 47 2057
[4]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[5]	Shi HY, JiangYY, SunX D, Guo R H, ZhaoY P2005 Chin. Phys. 14 1571
[6]	Jiang T, Chen Y, Feng Y J 2006 Chin. Phys. 15 1154
[7]	Hu Y H, Fu X Q, Wen S C, SuW H, Fan D Y 2006 Chin. Phys. 15 2970
[8]	Schuring D, Mork J J, Smith D R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041109
[9]	Zhang H X, Bao Y F, LuY H, ChenTM, Wang H X 2008 Chin. Phys.B 17 1645
[10]	Zhuo S C, Yan C C 2010 Acta Phys. Sin. 59 360 (in Chinese)[卓士创、闫长春 2010 59 360]
[11]	Grzegorczyk T M, Moss C D, Lu Jie, Chen X D, Pacheco J Jr, Kong J A 2005 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 53 2956
[12]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T, Zhang X M, Chen K S 2004 Phys. Rev. E 70 057605
[13]	Ran L, Huangfu J , Chen H , Li Y, Zhang X, Chen K, Kong J A 2004 Phys. Rev. B 70 073102
[14]	Liu Y H, Luo C R, Zhao X P2007 Acta Phys. Sin. 56 5883(in Chinese)[刘亚红、罗春荣、赵晓鹏 2007 56 5883]
[15]	Zhou J F, Zhang L, Tuttle G, Koschny T, Soukoulis C M 2006 Phys. Rev. B 73 041101
[16]	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 58 3961]
[17]	Kafesaki M, Tsiapa I, Katsarakis N , Koschny T 2007 Phys. Rev. B 75 235114
[18]	Mary A, Rodrigo S G, Garcia-Vidal F J, Martin-Moreno L 2008 Phys. Rev. Lett. 101 103902
[19]	Menzel C, Paul T, Rockstuhl C, Pertsch T, Tretyakov S, Lederer F 2010 Phys. Rev. B 81 035320
[20]	Ziolkowski R W 2003 IEEE Trans. Ante. Prop. 51 1516

[1]	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. , 2015, 64(3): 034102. doi: 10.7498/aps.64.034102
[2]	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. , 2014, 63(1): 014103. doi: 10.7498/aps.63.014103
[3]	田子建, 陈文超, 樊京. 基于双Σ形金属条的双向左手材料. , 2013, 62(7): 074102. doi: 10.7498/aps.62.074102
[4]	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. , 2012, 61(1): 014102. doi: 10.7498/aps.61.014102
[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. , 2012, 61(8): 084103. doi: 10.7498/aps.61.084103
[6]	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
[7]	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
[8]	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
[9]	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. , 2011, 60(2): 024101. doi: 10.7498/aps.60.024101
[10]	高仁璟, 史鹏飞, 刘书田, 段玉平, 唐祯安. 左手材料微结构构型的传输线比拟模型. , 2010, 59(12): 8566-8573. doi: 10.7498/aps.59.8566
[11]	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
[12]	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
[13]	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
[14]	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
[15]	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. , 2009, 58(2): 1031-1035. doi: 10.7498/aps.58.1031
[16]	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. , 2009, 58(9): 6179-6184. doi: 10.7498/aps.58.6179
[17]	郑军, 刘正东, 曾福华, 方慧娟. 倒Y形四能级原子系统电磁诱导的左手效应. , 2008, 57(7): 4219-4223. doi: 10.7498/aps.57.4219
[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. , 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. , 2007, 56(10): 5883-5889. doi: 10.7498/aps.56.5883
[20]	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

计量

文章访问数: 7978
PDF下载量: 974
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