太赫兹波在谐振环多层超材料传输特性的研究

利用时域有限积分法研究了太赫兹波在谐振环多层超材料的传输特性。结果表明,对于尺寸相同的谐振环构成多层超材料,超材料从1层变化到5层时,在共振频率0.80 THz处,谐振谷值从-17 dB～-44 dB,共振明显比单层强很多。对于不同尺寸谐振环构成多层超材料,共振频谱带宽明显增强,半高全宽从0.08 THz变化到0.26 THz。结果表明,多层超材料具有比单层更好的太赫兹波特性,这些传输特性为太赫兹波滤波器、吸收器及偏振器等器件设计具有重要价值。     

太赫兹超材料分束器设计及其特性分析

提出一种超材料太赫兹分束器,其单元结构由顶层金属条带、中间介质层和底层金属板组成。利用4个旋转步进为45°的单元周期排列构成了4×4的相位梯度超表面。当太赫兹波垂直入射到阵列表面时,电磁波被反射成四束能量相等但传播方向不同的波,且不同频点的反射角不同。该分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹隐身和太赫兹成像等方面。     

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题,提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真,确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比,通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明,该折射率传感器在频率为4.535、6.368 1、8.253、10.395和11.321 THz时达到折射率吸收峰值,吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%,且5个波段中最高折射率灵敏度为436 GHz/RIU。与其他折射率传感器相比,该折射率传感器波段多且灵敏度高,具有良好的传感性能,可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。     

太赫兹电磁超材料完美吸收器的研究进展

电磁超材料完美吸收器独特的亚波长结构能够与入射电磁波产生有效的电磁共振,在特定的频率范围内能够达到近乎100%的完美吸收。近年来,电磁超材料完美吸收器,特别是太赫兹波段完美吸收器受到了国内外研究人员的广泛关注,取得了一定进展。综述了基于太赫兹波段的电磁超材料完美吸收器的研究进展,阐述了超材料吸收器的基本结构特征、性能以及理论模型,并对太赫兹完美吸收器的未来发展趋势以及应用前景作了简要探讨。     

基于超材料的太赫兹超窄带吸收器设计及特性分析

提出了一种基于金属环结构的太赫兹超窄带吸收器,其结构单元为典型的金属-介质-金属结构,顶层金属图案由封闭金属环和四开口金属环组成,底层为连续金属板。对该吸收器的窄带吸收原理和吸收峰频率处吸收器结构的表面电流分布进行了研究。结果表明:该吸收器在1.7682THz处存在狭窄的吸收峰,吸收率为99.8%,相对于该谐振频率的半高全宽为0.51%,而且对x和y极化入射波具有极化不敏感。该吸收器具有结构简单、易于加工的优点,在生物传感、窄带热辐射和光电探测等领域有着重要的潜在应用价值。     

可调谐超材料太赫兹多频带阻滤波器理论研究

超材料的发展为太赫兹技术提供了良好的载体,使太赫兹器件得到飞速发展。滤波器作为其中重要的功能器件,实现了太赫兹波段的单频和多频滤波。文章提出了一种新型超材料太赫兹滤波器结构,该结构可同时应用于LC谐振和偶极谐振,实现了太赫兹滤波。重点对几何参数对器件滤波性能的影响规律进行了研究,通过优化滤波器关键结构参数,实现了良好的双频带和三频带太赫兹滤波。     

基于超材料的多频微带天线的设计

天线在通信系统中起着关键作用,但单一频段的天线已经无法满足如今的需求,因此多频天线的研究非常必要.文章提出了一种基于共面波导馈电的多频微带天线.该微带天线将刻蚀在基板导电表面的环形缝隙作为初始结构,之后在基板的不同位置加载电偶极子、超材料互补开口谐振环(CSRR)、交指电容加载环型谐振器(IDCLLR)及U形槽,从而实...     

基于超材料的多波段小型化天线

基于负折射率传输线（Epsilon Negative Transmission Line,ENG-TL）理论和开口谐振环的负磁导率特性,提出了一种加载ENG-TL结构和互补开口谐振环（Complementary Split Ring Resonators,CSRR）结构的单极子天线模型.该结构实现了单极子天线的小型化多频带.仿真和实验结果表明:所设计的单极子天线覆盖了WLAN（2.4/5.2/5.8 GHz）和WiMAX（3.5/5.8 GHz）频段.     

基于双负材料的宽频带微带天线设计

采用空腔模型法设计了以双负材料(ε、μ为负值)为介质衬底的新型微带天线。实物测试表明:新型天线比普通材料微带天线明显展宽带宽。在未对天线贴片作优化处理的情况下,新型天线–10 dB反射系数带宽达1.50 GHz,比普通材料的天线展宽约70%,相对带宽达16.3%,E面辐射方向图较前者偏转了约40°,而H面方向图则与普通材料天线相似。     

可调谐的宽频带负体弹模量吸声超构材料

以局域共振思想为理论基础、亥姆霍兹共振器为结构单元,设计了一种可调谐的负体弹模量宽频带吸声超构材料。通过调节亥姆霍兹共振器开口孔径大小,调节超构材料的谐振频率。利用COMSOL多物理场仿真软件,模拟计算声学超构材料的透射谱;通过提取参数法,计算声学超构材料的体弹模量。计算结果表明:在谐振频率附近声学超构材料在实现负体弹模量的同时,还具有优良的吸声性能;将双层亥姆霍兹共振器周期性排列,构建了一种频率范围在970~1 300Hz的宽频带吸声超构材料。在吸声频带内,声透过率最低达到-22dB,吸声效果良好。采取将不同谐振频率亥姆霍兹谐振单元多层排列的方式构建超构材料,可以实现可听声频段任意带宽的负体弹模量和吸声。这种声学超构材料的提出能为宽频带负体弹模量吸声超构材料的设计提供一种全新的思路。     

具有宽带特性的超材料设计与分析*

分别提出具有宽带负磁导率特性的圆盘结构超材料和具有宽带双负特性的互联圆盘结构左手材料。对任意极化的垂直入射波,圆盘结构超材料可在8.71GHz到15.19GHz的频段上产生负的磁导率,而互联圆盘结构左手材料则可在6.04GHz到7.40GHz的频段上产生双负特性。通过有限元仿真、本构参数提取、表面电流分布计算、结构参数扫描等方法,对圆盘结构进行了详细分析。结果表明,该结构通过外加磁场激励起的电流环路构成磁谐振回路,进而获得负磁导率特性。利用无限划分的方法,分析了该结构实现宽带特性的原理,推导了等效的磁谐振频率和品质因数的计算公式,并给出其等效电路结构。通过参数扫描,分析了贴片半径、基板介电常数、损耗特性和入射角大小对负磁导率特性的影响规律。对互联圆盘结构左手材料,在提取其等效本构参数的基础上,着重分析了电响应特性,详细推导了等效电等离子体频率的计算公式。     

一种基于石墨烯的超宽带吸波器

提出了一种可用于微波段的可调超材料吸波器设计。该超材料吸波器由两个长度成一定比例的闭口金属环和一个十字形谐振器组成,在5~12 GHz频率范围内具有三个独立可调的工作频段（C和X波段）,分别为6.36 GHz、7.96 GHz、10.12 GHz,吸收率分别为0.937、0.999和0.993。在大角度入射时,该吸波器可保持较高的吸收效率。此外研究了设计结构的可调谐性,当顶层的二氧化钒（VO₂）处于全金属状态时,微波段有三个吸收峰,吸收率最高值分别为0.939、0.827、0.92。由于VO₂的电导率从30 000 S/m到200 000 S/m变化,吸收率在三个吸收峰上实现了动态可调。该研究结果在多波段传感检测中有潜在的应用前景。     

基于复合超介质基板的微带天线设计与分析

利用方形开口谐振环、微带线和缺陷地结构建构了一种结构较为简单、便于调节的腔体型结构超介质.仿真结果表明,设计的超介质在1.0～3.6GHz、3.8～7.1GHz和7.2～8.0GHz三个频段内均具有等效介电常数和等效磁导率小于零的左手材料特性.将超介质单元周期性地镶嵌在一种普通多频微带天线的介质基板内,实现了基于复合超介质基板天线.测试结果表明,在工作频率为1.61,3.44和3.9GHz的微带天线中加载这种超介质结构覆层后,其谐振频率分别降低了60,70和40MHz,同时将4.53～4.80GHz和4.97～6.00GHz两个工作频段扩展为4.6～6.0GHz的超宽带.所设计的天线整体性能良好,且满足了WLAN在5GHz通信频段的要求.     

基于平面微带结构超介质天线设计与分析

利用开槽曲流技术构建了一种工作频段位于S、C波段内的多频微带贴片天线,根据传统立体左手材料的变型结构设计了一种新型平面微带结构的超介质。在微带贴片天线的介质基板内加载超介质覆层后,天线工作频率降低,频带展宽以及辐射性能得到改善。HFSS和Matlab仿真实验结果表明,新型平面微带结构的超介质在2.7~4.9GHz和5.0~5.5 GHz两个频段内具有等效介电常数和等效磁导率均小于0的左手特性,工作频率在2.66,3.67,4.66和5.49 GHz的微带贴片天线加载超介质覆层后,其谐振频率分别降低了140,140,210和270 MHz,同时4.60~4.78GHz的工作频带展宽了160 MHz。该超介质微带天线可以运用于实际的WLAN或WIMAX通信中。     

一种单面双L型异向介质的设计及分析

针对目前已有的异向介质带宽窄,结构复杂的缺点,设计了一种工作在Ku波段的单面双L型异向介质结构。通过采用电磁仿真方法,建立平面电磁波垂直入射异向介质平板的模型,并提取其传输和反射数据;借助MATLAB工具,根据NRW（Niconlson－Ross－Weir）方法从中提取出该新型结构的等效介电常数和等效磁导率。仿真结果表明,这种单面双"L"型的结构在频段为14．2~15．9 GHz的等效介电常数与等效磁导率同时为负,其有效绝对带宽1．9 GHz;在11~17 GHz频段内的有效相对带宽为31．7%。因为这种异向介质结构在特定工作频率下电磁参数同时为负值,并且通过计算频率为15 GHz时的电磁波的相速为－2×107 m/s,验证了该异向介质的结构具有后向波特性。这种结构具有便于制造及可控两大优势,具有很大的应用前景。     

无耗异向介质层覆盖介质圆柱电磁特性的研究

研究了线电流源平行放置在无耗异向介质层覆盖的无限长介质圆柱附近模型的电磁特性.提出这个电磁模型,求得此电磁模型的精确解.利用精确解进行数值计算,得到在不同几何参数和电磁参数情况下该电磁模型的近场分布图形,并通过方向性系数和归一化辐射阻抗研究其远场特性.由于异向介质的负折射特性,如果发生完全聚焦,在异向介质层和普通介质圆柱的近场图形内得到两个明显的"焦点"区域,否则不存在焦点区域;普通介质层覆盖时不存在这种现象.最后,将电磁模型同前人方法进行了比较,验证了本电磁模型的有效性.     

超材料吸波体设计及其雷达散射截面分析

设计了一种基于电磁超材料的吸波体。该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成,上层金属是由刻蚀交叉缝隙的贴片形成的电谐振器,下层金属不刻蚀,作为整个金属地板。通过优化结构参数,得到了一种极化不敏感、宽入射角的超薄吸波体,吸波率达到99.1%,厚度只有约0.01λ.通过对其雷达散射截面(RCS)的分析,表明该吸波体具有良好的RCS减缩特性,在法向方向最大减缩20 dB.实验结果与仿真结果一致,表明该吸波体在电磁隐身领域具有潜在的应用价值。