透镜形加载微带结构的双负材料.pdf

2005’全国微波毫米波会议论文集 透镜形加载微带结构的双负材料+ 胡爱娟朱守正 华东师范大学电子科学与技术系，上海，200062 摘要1968年VeseIago首次提出双负材料参数的假设，近年来具有负介电常数和负磁导 率的材料结构得到研究人员的广泛关注和研究应用。本文中对Ziolkwski的电容加载微 带(CLS)和sRR复合材料结构作了调整，仿真了其传输特性；在此基础上，提出甩透 镜形加载微带结构替代传统的棒状或电容加载微带结构来获得负介电常数效应。借助仿 真工具CST复合结构传输特性研究，得到了相应频段内结构的异向传输特性。 关键字透镜形，双负材料，仿真 I．引言 双负材料是一种新型的人造材料，是超材料(mem-matedN)的一种。它具有较为奇 特的参数值：同时为负的介电常数和磁导率，进而它也具有负的折射系数。电磁波在这 种材料中传播时，也将显示与常规介质不同的各种逆向或反向效应，如负折射效应、逆 多普勒效应、逆切伦可夫辐射”’等。基于该特殊人造材料的异常参数特性，可以设计研 究一些新型的小型化天线和微波器件、设备口oJ，并应用到无线通信和国防工业上。用 meta材料制成的超透镜及其工作原理更是为医学应用开辟了新的阵地。2003年美国《科 学》将这种奇异材料的研制纳入年度十大科学进展，其反常的特性预示着材料世界前所 未有的革命性时刻的到来。随着应用的日益广泛和研究深入，对于如何进行双负材料构 造的研究也愈加受到关注。本文中提出一种新型的透镜形加载微带结构，实现负介电常 数，并结合传统的SRR单元组成具有双负特性的材料结构。 2．透镜形加载微带结构的双负材料 2．1 SRR／CLS对称结构复合材料的仿真 Ziolkwski在文章【4】中分别仿真分析了非共面电容加载结构(CLS和SRR各自所在平 面垂直)和共面电容加载结构(CLS和SRR在同一平面)的状况。但是，这两种结构刻 蚀加载微带与SRR的介质板，无形中扩大了单元尺寸。这里，我们提出将电容加载微带 同样附着在介质板另一侧，与SRR结构相对应，换言之，CLS平面与SRR平面相可平行。 这样，在不扩大原有尺寸的基础上，基于这种思想，我们设计仿真了下面这样一种复台 材料结构。结构中的单元尺寸分别为该结构示意图如图1，谐振环结构的环宽C=0．25mm， 大环的边长S=2．62mm，大小环问距D=030mm，环的开u部分长G=-0．46mm，谐振环和 +本文得到973《国家重点基础研究发展规划》研究项目(2001CB610401)的资助 873 2005’全国微波毫米波会议论文集 会属线分别刻蚀在介电常数为34的基板两侧，金属层厚度T=0．03ram，介质板边长 L=3 B=2．12mm，M=3mm。谐振环和电容加载微带结构分别刻蚀在介电常数为3．4的基板两 侧。图2为该结构的仿真模型图。平面波沿x方向入射，设置开放边界；电场和z轴下 行，介质模块沿z方向设置PEC电边界；磁场和Y轴平行，沿Y方向设置PMC磁边界。这 样就得到一个类似与Y方向无限宽的准平面电磁波八射到复合介质模块上。 厕耳 我们得到了图3(a)的CLS单独散射参数波形和图3(b)所示综合$21参数波形。 大致在频率30GHz以下，单独CLS结构的传输特性显示为阻带，也即此频段内CLS具 有负的介电常数。而在频率8．5GHz～10．4GHz内，SRR+CLS结构的复合材料的传输特 性显示为通带，带宽19GHz，这也很好地对应了SRR结构传输特性中的阻带范围。 10 o ∞ E黧鬻 掣誓 0 珈 ? J4一 r! ；＼j、?i、 ’…～ ∞ I 一{Dj_j