具有特定频段的左手材料构造与设计优化

高仁璟; 王国明; 刘书田; 唐祯安

doi:10.7498/aps.61.054103

摘要

为研究具有特定频段的左手材料设计方法. 首先基于传输线理论构造了一种左手材料微观构型, 采用S参数反演法进行数值仿真和等效传输线模型分析, 说明了该构型在特定的尺寸条件下具有左手特性, 并分析了尺寸参数对左手性能的影响. 进而给出了在给定频率附近具有最大带宽、较小损耗的左手材料设计优化问题的数学模型, 并给出了设计实例. 数值设计结果验证了优化模型的适用性和正确性.

关键词:

In this paper, a design optimization method for left-handed materials with specific frequency bands is proposed. A microstructure of the left-handed material is constructed based on the transmission line theory, and the properties of this material are simulated numerically with the S-parameter retrieval method and analyzed with equivalent transmission line model. The effects of the size parameters of the microstructure on the left-handed characters are analyzed. The analysis results verify that this structure does exhibit left-handed characteristics with appropriately sized microstructure. Then the mathematical model of the microstructure with maximized frequency band-width and lower loss at given frequencies is proposed, and examples are given. The design result confirms that the optimized model is applicable and accurate.

Keywords:

作者及机构信息

1.
大连理工大学运载工程与力学学部,工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024;

2.
大连理工大学电子信息与电气工程学部, 大连 116024

基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目(批准号: 2011CB610304) 和教育部博士学科点基金项目(批准号: 20090041110023)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Faculty of Vehicle Engineering and Mechanics, State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

2.
Faculty of Electronic Information and Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

Funds: Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2011CB610304) and the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No.20090041110023).

参考文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[3]	Seddon N, Bearpark T 2003 Science 302 1537
[4]	Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966
[5]	Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, StarrA F, Smith D R 2006 Sience 314 977
[6]	Tang M C, Xiao S Q, Guan J, Bai Y Y, Gao S S, Wang B Z 2010Chin. Phys. B 19 074214
[7]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[8]	Sun M Z, Zhang C M, Song X P 2010 Acta Phys. Sin. 59 5444 (inChinese) [孙明昭, 张淳民, 宋晓平 2010 59 5444]
[9]	Zhang H X, Bao Y F, Lü Y H, Chen T M, Wang H X 2008 Chin.Phys. B 17 1645
[10]	Guo Y S, Zhang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8584 (in Chinese)
[11]	Liu Y H, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (inChinese) [刘亚红, 罗春荣, 赵晓鹏 2007 56 5883]
[12]	Chen C H, Qu S B,Wang J F, Ma H,Wang X H, Xu Z 2011 Chin.Phys. B 20 034101
[13]	Eleftheriades G V, Siddiqui O, Iyer A K 2003 IEEE Microw. WirelessComponents Lett. 13 51
[14]	Gao R J, Shi P F, Liu S T, Duan Y P, Tang Z A 2010 Acta Phys.Sin. 59 8566 (in Chinese) [高仁璟, 史鹏飞, 刘书田,段玉平, 唐祯安 2010 59 8566]
[15]	Wang J F, Qu S B, Xu Z, Ma H, Yang Y M, Gu C 2008 J. AirForce Eng. Univ. 9 79 (in Chinese) [王甲富,屈绍波, 徐卓, 马华, 杨一鸣, 顾超 2008 空军工程大学学报 9 79]
[16]	Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev.E 71 036617
[17]	CuiWZ, MaW, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterialsand its Applications (Vol. 1) (Beijing: National DefenseIndustry Press) p58 (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德,张洪太 2008 电磁超介质及其应用 (第一版) (北京:国防工业出版社)第58页]
[18]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T 2006 J. Appl. Phys. 100 024915
[19]	Zhou J F 2008 Ph. D. Dissertation (Ames: Iowa State University)

施引文献

[1]	Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509
[2]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S 2001 Science 292 77
[3]	Seddon N, Bearpark T 2003 Science 302 1537
[4]	Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966
[5]	Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, StarrA F, Smith D R 2006 Sience 314 977
[6]	Tang M C, Xiao S Q, Guan J, Bai Y Y, Gao S S, Wang B Z 2010Chin. Phys. B 19 074214
[7]	Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184
[8]	Sun M Z, Zhang C M, Song X P 2010 Acta Phys. Sin. 59 5444 (inChinese) [孙明昭, 张淳民, 宋晓平 2010 59 5444]
[9]	Zhang H X, Bao Y F, Lü Y H, Chen T M, Wang H X 2008 Chin.Phys. B 17 1645
[10]	Guo Y S, Zhang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8584 (in Chinese)
[11]	Liu Y H, Luo C R, Zhao X P 2007 Acta Phys. Sin. 56 5883 (inChinese) [刘亚红, 罗春荣, 赵晓鹏 2007 56 5883]
[12]	Chen C H, Qu S B,Wang J F, Ma H,Wang X H, Xu Z 2011 Chin.Phys. B 20 034101
[13]	Eleftheriades G V, Siddiqui O, Iyer A K 2003 IEEE Microw. WirelessComponents Lett. 13 51
[14]	Gao R J, Shi P F, Liu S T, Duan Y P, Tang Z A 2010 Acta Phys.Sin. 59 8566 (in Chinese) [高仁璟, 史鹏飞, 刘书田,段玉平, 唐祯安 2010 59 8566]
[15]	Wang J F, Qu S B, Xu Z, Ma H, Yang Y M, Gu C 2008 J. AirForce Eng. Univ. 9 79 (in Chinese) [王甲富,屈绍波, 徐卓, 马华, 杨一鸣, 顾超 2008 空军工程大学学报 9 79]
[16]	Smith D R, Vier D C, Koschny T, Soukoulis C M 2005 Phys. Rev.E 71 036617
[17]	CuiWZ, MaW, Qiu L D, Zhang H T 2008 Electromagnetic Metamaterialsand its Applications (Vol. 1) (Beijing: National DefenseIndustry Press) p58 (in Chinese) [崔万照, 马伟, 邱乐德,张洪太 2008 电磁超介质及其应用 (第一版) (北京:国防工业出版社)第58页]
[18]	Chen H S, Ran L X, Huangfu J T 2006 J. Appl. Phys. 100 024915
[19]	Zhou J F 2008 Ph. D. Dissertation (Ames: Iowa State University)

[1]	汪天龙, 邱清泉, 靖立伟, 张小波. 圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究. , 2018, 67(7): 070703. doi: 10.7498/aps.67.20172576
[2]	杜晓纪, 王为民, 兰贤辉, 李超. 1.5 T关节磁共振成像超导磁体的设计、制作与测试. , 2017, 66(24): 248401. doi: 10.7498/aps.66.248401
[3]	肖友鹏, 王涛, 魏秀琴, 周浪. 硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计. , 2017, 66(10): 108801. doi: 10.7498/aps.66.108801
[4]	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
[5]	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
[6]	常红伟, 马华, 张介秋, 张志远, 徐卓, 王甲富, 屈绍波. 基于加权实数编码遗传算法的超材料优化设计. , 2014, 63(8): 087804. doi: 10.7498/aps.63.087804
[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]	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
[9]	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
[10]	易红霞, 肖刘, 刘濮鲲, 郝保良, 李飞, 李国超. 基于电子注可回收能力的空间行波管慢波结构的优化设计. , 2011, 60(6): 068403. doi: 10.7498/aps.60.068403
[11]	王栋. 滤波-荧光谱仪的优化设计. , 2010, 59(1): 443-446. doi: 10.7498/aps.59.443
[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]	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
[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]	任驹, 郑建邦, 赵建林. 给体-受体型有机太阳电池光敏层的优化设计. , 2007, 56(5): 2868-2872. doi: 10.7498/aps.56.2868
[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. , 2005, 54(4): 1607-1612. doi: 10.7498/aps.54.1607
[20]	杨晓苹, 翟宏琛. 双随机相位加密中相息图的优化设计. , 2005, 54(4): 1578-1582. doi: 10.7498/aps.54.1578

计量

文章访问数: 7011
PDF下载量: 693
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