基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面.     

基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

一种设计Metamaterials结构的新思路

Metamaterials因其在特定频段内同时满足负的介电常数和负磁导率而具有与常规介质不同的电磁特性,该电磁特性与Metamaterials的结构密切相关。分析了线环结构的结构参数与其电磁特性的关系,在此基础上提出了一种方形环结构设计。仿真结果表明,方形环结构可以同时满足负的介电常数和负磁导率,具有负折射特性,而且具有比线环结构更宽的带宽。     

基于平行金属双柱的太赫兹波二维左手材料

基于产生负介电常数的周期性金属线单元结构,利用平行金属双柱设计了具有双负通带的两种太赫兹波段二维左手材料。应用时域有限积分算法研究了二维左手材料的传输特性,仿真结果表明,在0.76THz附近,平行金属双柱的表面电荷振荡与反向平行电流引发了电磁谐振,出现良好的负折射效应。在0.75～0.78THz之间同时具有负等效磁导率和负等效介电常数,双负通带带宽约为0.03THz。进一步研究了金属双柱间距、长度及基板厚度等结构参数对双负通带带宽的影响。研究结果为太赫兹波段左手材料的设计和研制提供了参考。     

色散负折射特异介质的1维光子晶体缺陷态

在1维光子晶体中引入色散负折射特异介质,分析了其介电常数和磁导率在微波区（1～10 GHz）与频率的关系。分别对以色散负折射介质为缺陷的正折射率介质光子晶体及以正折射率介质为缺陷的正负折射率介质光子晶体进行了数值仿真,得出了均匀平面电磁波在正入射和斜入射时的透射谱。结果表明:在介电常数和磁导率均为负值的不同禁带中,分别出现了单、双缺陷模。利用透射谱的这一特点,可实现单、双通道滤波。     

双重负指数材料的研制

自然界中的材料一般具有正的光折射系数，具有负光折射系数的材料都是利用工程技术方法人工制造的．这类材料通常称为负磁导率材料（negative—index metamaterial，NIMs）．负磁导率材料具有一些特殊的性质，例如它有将光聚焦于一个点上的能力，而且这个点的大小要比光波波长还小，所以它被称为“超级透镜”．利用它可观测到比现有光学显微镜更小的物体．各种材料只有当它的介电常数是负时，才能使光的折射系数为负．如果某种材料不仅它的介电常数为负，它的磁导率也是负的话，这样的材料就称为双重负指数材料（duble—negative metamaterial，DN—NIMs）．一般来说，NIMs材料的制作要比DN—NIMs容易一些．因为光与磁场的相互作用要比光与电场的相互作用小100倍．     

THz频段单面左手材料的设计及仿真研究

本文运用等效参数提取方法验证了双线螺旋结构在不同频率处不仅能够实现负的磁导率, 而且可以实现负的介电常数. 在电磁波平行和垂直入射到双线螺旋结构表面两种情况下, 发现其负介电常数的形成机理相同. 以往的单面左手材料的研究仅仅局限于微波波段, 通过改进双线螺旋结构, 在THz频段设计出一种新型单面左手材料, 同时利用LC等效电路解释了其设计原理. 一般的左手材料是由刻蚀在基板两侧的电谐振器和磁谐振器组合而成的复合结构, 与这些复合结构相比, 这种新型单面左手材料具有低损耗, 结构简单, 易于加工等优点.     

光轴平行于界面的单轴手征介质中的负折射研究

研究了光轴平行于界面时单轴各向异性手征介质中实现负折射的条件, 并详细分析了该介质中两个本征波在不同电磁参数和手征参数下折射角随入射角的变化规律. 结果表明, 利用单轴各向异性手征介质实现负折射, 条件更加宽松, 甚至在弱的手征参数下也可能实现负折射, 且在不同的介电常数、手征参数和入射角下, 该手征介质中两个本征波的相折射角存在很大的差异, 在特殊条件下, 某一个或两个本征波不能在介质内传播.     

双通带异向平板波导的特性

提出了一种基于平板波导的新型异向谐振结构——交叉椅型谐振结构,通过理论分析和数值计算,说明和验证了单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导具有双通带特性和异向特性;设计了一种由多个交叉椅型谐振结构周期加载的异向平板波导结构,并通过仿真实验验证了其负折射特性。交叉椅型谐振结构的全金属半封闭式结构和其特殊的电磁谐振方式,使得此类2维异向平板波导与传统的由金属开口谐振环与金属线正交阵列而成的2维异向介质相比,具有双通带、无介质损耗、功率容量大等特异性质;单个交叉椅型谐振结构加载的平板波导作为一种新型的滤波器结构,具有良好的双通带特性,尺寸较小。     

基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究

利用铁氧体的外场调制特性,提出采用铁氧体作为金属环线结构的介质基板,实现频率可调左手材料. 首先采用时域差分有限元方法数值模拟了基板材料参数变化的条件下,开口谐振环的频率可调性规律. 随基板材料的介电常数或磁导率升高,与开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率将显著降低. 实验制备了一系列超高频软磁六角铁氧体,利用外加磁场有效调制了其磁导率. 并通过实验表明,通过调控外加磁场可以有效地调控开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率. 关键词： 左手材料 开口谐振环 铁氧体 可调     

由同时具有磁谐振和电谐振结构组成的左手材料

为了在同一结构中同时实现负介电常数和负磁导率(双负),采用一种“巨”字形结构,利用丝网印刷技术在氧化铝基板上进行加工制作,并通过仿真和实验测试证实了这种结构的“双负”特性. 与利用磁谐振器和电谐振器组阵实现左手材料的方法相比,这种单一结构可以同时实现负介电常数和负磁导率,制作方便,等效电路简单,双负频段较宽. 利用丝网印刷技术进行样品的制作,工艺简单,成本低廉. 关键词： 左手材料 磁谐振 电谐振     

Conversion from constitutive parameters to dispersive transmission line parameters for multi-band metamaterials

Abstract

In this study, we explain an approach including conversion from constitutive parameters to dispersive transmission line parameters using the double-band DNG (double-negative) properties of the circular type fishnet metamaterials. After designing the metamaterial structure, the numerical calculations and the composite right/left-handed (CRLH) modeling of circular-type metamaterials are realized in free space. Detailed dispersion characteristics give us the opportunity to explain the true behavior of the inclusions during the analysis stage. By combining the results coming from the standard retrieval procedure with the conventional CRLH theory, we calculate the actual values of the transmission line parameters for all frequency regimes. The constitutive parameters of an equivalent CRLH transmission line are derived and shown to be negative values. It is shown that the constitutive parameters present the same behavior for all negative refractive index regimes. The double-negative properties and the phase advance/lag behavior of metamaterials are observed based on the dispersive transmission line parameters.     

Electromagnetic wave propagation through frequency-dispersive and lossy double-negative slab

This study presents the electromagnetic wave propagation through the frequency-dispersive and lossy double-negative slab embedded between two different semi-infinite media. The double-negative slab is realized by using two models, the Lorentz and Drude medium models. The properties and the required equations for the frequency-dispersive and lossy double-negative slab, the Lorentz medium and Drude medium are given in detail. After the construction of the problem, the reflection and transmission coefficients are derived for both TE and TM waves. Then, the reflected, transmitted and loss powers are determined using these coefficients. Finally, in the numerical results, the mentioned powers for TE and TM waves are computed and illustrated as a function of the incidence angle, the frequency and the slab thickness when the damping frequency changes.     

磁谐振和电谐振结构构成的左手材料设计

用磁谐振器和电谐振器组合构成左手材料是设计左手材料的一个重要方法.基于这一设计方法,提出了能够抑制双各向异性的磁谐振器和电谐振器设计原理,即单回路镜像对称设计原理和双(四)回路镜像对称设计原理.根据这两个设计原理,设计了具有双负特性(负介电常数和负磁导率)的新结构,并通过实验仿真验证了结构的双负特性,从而验证了两种设计原理的正确性.所提出的两个设计原理以及新结构对于设计新型左手材料具有重要的实际意义和指导意义. 关键词： 左手材料 单回路镜像对称 双回路镜像对称     

Double-negative dynamic properties in one-dimensional multi-phase metamaterial based on the symmetrical equivalent layer

Acoustic metamaterials have important potential applications in engineering by their unusual properties. Based on the concept of symmetrical equivalent layer, it is found that layered acoustic metamaterial which exhibits simultaneously negative effective modulus and density can be existed. By using the transfer matrix method, the continuous double-negative dynamic properties can be achieved through a multi-phase microstructure considering viscous damping, and the left-handed wave propagation property appears during the double-negative frequency regions. This will be a reference for the design of 1D acoustic negative refraction metamaterials.     

A dual-band flexible frequency selective surface with miniaturized elements and maximally flat (Butterworth) response

A dual-band flexible frequency selective surface （FSS） with miniaturized elements and maximally flat （Butterworth） response is presented in this paper. It is composed of three metallic layers, which are fabricated on thin flexible polyimide substrates and bonded together using thin bonding films. The overall thickness of the proposed structure is only about 0.3 mm, making it an attractive choice for conformal FSS applications. All the three layers can constitute a miniaturized- element FSS （MEFSS） and produce the first pass-band with miniaturization property, while the up and bottom layers can constitute a symmetric biplanar FSS and produce the second pass-band with maximally fiat （Butterworth） response. The two pass-bands are independent and there is a wide band spacing up to 30 GHz between them. The principles of operation, the simulated results by using the vector modal matching method, and the experimental values of the fabricated prototype are also presented and discussed.     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

Negative refraction based on purely imaginary metamaterials

By introducing a new mechanism based on purely imaginary metamaterials (PIMs), we reveal that bidirectional negative refraction and planar focusing can be obtained using a pair of PIM slabs, overcoming the unidirectional limit in parity-time (PT)-symmetric systems. Compared with PT-symmetric systems, which require two different types of materials, the proposed negative refraction can be realized using two identical media. In addition, asymmetric excitation with bidirectional total transmission is observed in our PIM system. Therefore, a new way to realize negative refraction with properties that are unavailable in PT-symmetric systems is presented.     

可模式识别的水声成像方法

提出一种在自由环境中可以进行模式识别的水声成像方法。利用角域滤波将空间不同入射方向的平面波在阵元域中进行分离,在成像扇面内按要求设计一系列角域带通滤波器,这些滤波器的输出就是从角通带内入射的平面波在阵元域中的快拍数据,可以实现要求输入为阵元域特性数据的目标识别和底质分类等专用的模式识别算法,角域滤波器输出的平面波快拍数据的幅度作为像素值进行水声成像。采用角域滤波的方法可以进行水声成像得到所需要的声图,并且每个像素对应着相应点目标远场平面波入射到接收阵时所产生的快拍数据。仿真和实验数据处理结果表明,采用角域滤波和利用常规波束形成所得到的声图是一样的,并且两种成像方法具有相同的稳健性。      

Simultaneous negative permittivity and permeability in a coherent atomic vapour

A new quantum optical mechanism to realize simultaneously negative electric permittivity and magnetic permeability is suggested. In order to obtain a negative permeability, we choose a proper atomic configuration that can dramatically enhance the contribution of the magnetic-dipole allowed transition via the atomic phase coherence. It is shown that the atomic system chosen with proper optical parameters can give rise to striking electromagnetic responses (leading to a negative refractive index) and that the atomic vapour becomes a left-handed medium in an optical frequency band. Differing from the previous schemes of artificial composite metamaterials (based on classical electromagnetic theory) to achieve the left-handed materials, which consist of anisotropic millimetre-scale composite structure units, the left-handed atomic vapour presented here is isotropic and homogeneous at the atomic-scale level. Such an advantage may be valuable in realizing the superlens (and hence perfect image) with left-handed atomic vapour.