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超材料富有希望 的未来 Yuandan Dong, Tatsuo Itoh 超材料，即广泛地定义为表现 出异乎寻常或难以获取的电磁（EM ） 特性的、人工制作的材料，在过去十年中它已经 激发了人们极大的研究兴趣[1]-[6]。在一般情况下，这些 材料被解释成是周期比导波波长短得多的周期性结构。它们别样的特性， 包括负的或很小的介电常数（ε），磁导率（μ），以及折射率（n ），而这些特性在常规材料中都不是现 成的。这些特性促成了针对新型概念和器件，以及在许多新型应用中对其加以利用所进行的开发工作[1]- [6]。例如，同时具有负介电常数和负磁导率的超材料被称为左手性（LH ）材料[1]。通过将传统材料中 自然而然产生的右手（RH ）效应包含在内，人们已经提出了一个作为复合右手/左手（CRLH ）结构的更 为通用的模型[2]，[7]。严格地讲，所有实际的 LH 媒质都属于 CRLH 材料的范畴，因为它们的左手性只 在一个很小的频段内才成立。在某些情况下，右手性区域只不过实在是太遥远了，因而不在人们感兴趣 的范围内。材料的分类用图解方式表示在图 1 的 ε- μ示意图中。应当指出，只有双正数值媒质和双负数 值媒质才能允许波的传播，而单负数值材料会禁止波的传播。双负数值媒质（LH ）是由反平行相位和群 速度、负折射率（NRI ）以及反向波的传播来表征的，这些特性与 RH 材料特性是不同的。人们同样注意 到，在不同类型材料的交汇点处，有一个如图 1 所示的零指数媒质。多亏了其无限长度波长的传播，零 指数超材料可以提供那些已经引起业界特别关注的很有趣的功能和应用[2]，[4]，[7]-[9]。超材料为工程 师们提供了一种手段来操控材料的本征参数，从而控制和利用 EM 波的传播。 _______________________________________________________________________________________________ Yuandan Dong (yddong@ee.ucla.edu) and Tatsuo Itoh (itoh@ee.ucla.edu) are with the Electrical Engineering Department, 63-129 ENGR-IV, University of California at Los Angeles, Los Angeles, CA 90095, USA. March/April 2012 IEEE microwave magazine 39 严格地讲，所有实际的 LH 媒质都属于 它们是以同样的方式在工作着，为了提高其有效 CRLH 材料的范畴，因为它们的左手性 长度，有时槽隙是弯弯曲曲的。图 2 总结了以上 所有四种超材料单元，这四种材料可以被看作是 只在一个很小的频段内才成立。 两对电偶极子和两对磁偶极子。 重要的是要牢记，介电常数和磁导率均为张 量，对于由图 2 所示的元件所合成的人工超材料 来说，张量的分量中只有一个可以被看作是负的。 具体来说，对于图中所示的方向，它们可以被描 述为 ε 0 0 ε 0 0 ε = 0 ε 0 = ε 0 ε 0 = ε ε (1)