復(fù)合左右手超表面的調(diào)諧特性研究
發(fā)布時(shí)間：2021-02-13 08:21
超材料的出現(xiàn)為電磁學(xué)領(lǐng)域的研究開辟了新的方向,人類自此有了能夠?qū)﹄姶挪ㄟM(jìn)行操控的新手段。作為一種人工材料,超材料擁有天然材料中沒有的特殊電磁性質(zhì),有著重要的研究價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景,近十幾年來成為專家學(xué)者們爭相研究的對象�；趥鬏斁�理論的復(fù)合左右手超材料,在不同頻率范圍內(nèi)能分別支持電磁波左手、右手傳輸模式,且具有較高的帶寬和低損耗,早期被應(yīng)用在許多新型微波器件（波導(dǎo)、射頻器件）中。隨后研究人員證明了傳輸線理論在頻率更高的太赫茲和紅外波段同樣適用,一些基于該理論的光學(xué)器件相繼被實(shí)現(xiàn)。到目前為止,大多數(shù)的復(fù)合左右手器件色散關(guān)系固定、不可調(diào),尤其是在太赫茲和中紅外波段,尚無色散可調(diào)的工作被報(bào)道。本文首次實(shí)現(xiàn)了紅外波段色散關(guān)系可動態(tài)調(diào)諧的復(fù)合左右手超表面,該成果在紅外掃描輻射、分子檢測中具有應(yīng)用前景。論文的主要研究工作及成果如下:首先,理論設(shè)計(jì)并提出一種集成有氧化釩的復(fù)合左右手超表面,該器件為金屬-介質(zhì)-金屬三明治結(jié)構(gòu),底層為銅反射層,中間的介質(zhì)為SiO2和相變材料VO2,頂層為“H”型陣列天線。利用電磁場仿真軟件HFSS對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真,驅(qū)動求解模...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)的負(fù)折射率材料[13]
前文說過基于共振結(jié)構(gòu)的左手材料存在窄帶寬、高損耗的缺點(diǎn)，因此想要將左手材料應(yīng)用到器件中，必須解決這兩個(gè)問題。2002 年，G. V. Eleftheriades 小組和 T. Itoh 小組都提出了能夠?qū)崿F(xiàn)左手材料效應(yīng)的傳輸線方法[3]，基本思想是在傳輸線上引入周期性的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，這種傳輸線中沒有多余的諧振結(jié)構(gòu)，其帶寬和損耗被證明優(yōu)于基于 SRR 的左手材料。但是兩個(gè)小組的實(shí)現(xiàn)方式不同，G. Eleftheriades 等使用的物理結(jié)構(gòu)是二維的 LC 網(wǎng)絡(luò)，由集總元件構(gòu)成。當(dāng)用點(diǎn)源照射到普通材料與這種材料的交界面時(shí)，電磁場在另一側(cè)會重新匯聚起來，如圖 1所示；而 T. Itoh 使用的是微波傳輸帶的物理形式，如圖 1-3（a）所示，串聯(lián)的插指狀電容提供了傳輸線的左手電容LC ，短接線提供了傳輸線的左手電感LL 。其 參數(shù)測試結(jié)果如圖 1-3（b）所示，左手和右手范圍內(nèi)的損耗都非常小。通過數(shù)據(jù)的處理得了到該傳輸線的ω-β色散曲線，如圖 1-3（c）。這種左手傳輸線實(shí)際上是復(fù)合左右手傳輸線，在一個(gè)較低的頻率范圍內(nèi)支持電磁波的左手傳播模式，隨著頻率的升高電磁波將轉(zhuǎn)換為右手傳播模式，此外從色散圖中可以看出這兩個(gè)傳輸通帶都具有較大的帶寬。
圖 1-3 左手傳輸線的微帶實(shí)現(xiàn)形式[4](a)一個(gè)周期的示意圖；(b)S-參數(shù)圖；(c)ω-β圖復(fù)合左右手傳輸線因其獨(dú)特的色散性質(zhì)及高帶寬、低損耗的特點(diǎn)，被學(xué)家們爭相用來研究新型的微波器件。在導(dǎo)波器件應(yīng)用方面，2003 年 T. Itoh 等人將傳統(tǒng)分支線耦合器的右手傳輸線替換成復(fù)合左右手傳輸線，實(shí)現(xiàn)了可以在任意一對頻率點(diǎn)工作的耦合器，如圖 1-4 所示[19]。2004 年，C. Caloz 等采用復(fù)合左右手傳輸線與傳統(tǒng)微帶線相結(jié)合的形式，實(shí)現(xiàn)了非對稱后向耦合器，如圖 1-4 所示[20]。該耦合器在 2.2GHz-3.8GHz 實(shí)現(xiàn)了-0.7dB 的后向耦合強(qiáng)度，與傳統(tǒng)耦合器相比，耦合強(qiáng)度增強(qiáng)很多，且耦合的尺寸大大降低。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光頻三維各向同性左手超材料結(jié)構(gòu)單元模型的仿真設(shè)計(jì)[J]. 龔伯儀,周欣,趙曉鵬. 物理學(xué)報(bào). 2011(04)
本文編號：3032239
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：64 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)的負(fù)折射率材料[13]
前文說過基于共振結(jié)構(gòu)的左手材料存在窄帶寬、高損耗的缺點(diǎn)，因此想要將左手材料應(yīng)用到器件中，必須解決這兩個(gè)問題。2002 年，G. V. Eleftheriades 小組和 T. Itoh 小組都提出了能夠?qū)崿F(xiàn)左手材料效應(yīng)的傳輸線方法[3]，基本思想是在傳輸線上引入周期性的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，這種傳輸線中沒有多余的諧振結(jié)構(gòu)，其帶寬和損耗被證明優(yōu)于基于 SRR 的左手材料。但是兩個(gè)小組的實(shí)現(xiàn)方式不同，G. Eleftheriades 等使用的物理結(jié)構(gòu)是二維的 LC 網(wǎng)絡(luò)，由集總元件構(gòu)成。當(dāng)用點(diǎn)源照射到普通材料與這種材料的交界面時(shí)，電磁場在另一側(cè)會重新匯聚起來，如圖 1所示；而 T. Itoh 使用的是微波傳輸帶的物理形式，如圖 1-3（a）所示，串聯(lián)的插指狀電容提供了傳輸線的左手電容LC ，短接線提供了傳輸線的左手電感LL 。其 參數(shù)測試結(jié)果如圖 1-3（b）所示，左手和右手范圍內(nèi)的損耗都非常小。通過數(shù)據(jù)的處理得了到該傳輸線的ω-β色散曲線，如圖 1-3（c）。這種左手傳輸線實(shí)際上是復(fù)合左右手傳輸線，在一個(gè)較低的頻率范圍內(nèi)支持電磁波的左手傳播模式，隨著頻率的升高電磁波將轉(zhuǎn)換為右手傳播模式，此外從色散圖中可以看出這兩個(gè)傳輸通帶都具有較大的帶寬。
圖 1-3 左手傳輸線的微帶實(shí)現(xiàn)形式[4](a)一個(gè)周期的示意圖；(b)S-參數(shù)圖；(c)ω-β圖復(fù)合左右手傳輸線因其獨(dú)特的色散性質(zhì)及高帶寬、低損耗的特點(diǎn)，被學(xué)家們爭相用來研究新型的微波器件。在導(dǎo)波器件應(yīng)用方面，2003 年 T. Itoh 等人將傳統(tǒng)分支線耦合器的右手傳輸線替換成復(fù)合左右手傳輸線，實(shí)現(xiàn)了可以在任意一對頻率點(diǎn)工作的耦合器，如圖 1-4 所示[19]。2004 年，C. Caloz 等采用復(fù)合左右手傳輸線與傳統(tǒng)微帶線相結(jié)合的形式，實(shí)現(xiàn)了非對稱后向耦合器，如圖 1-4 所示[20]。該耦合器在 2.2GHz-3.8GHz 實(shí)現(xiàn)了-0.7dB 的后向耦合強(qiáng)度，與傳統(tǒng)耦合器相比，耦合強(qiáng)度增強(qiáng)很多，且耦合的尺寸大大降低。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光頻三維各向同性左手超材料結(jié)構(gòu)單元模型的仿真設(shè)計(jì)[J]. 龔伯儀,周欣,趙曉鵬. 物理學(xué)報(bào). 2011(04)
本文編號：3032239
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