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双频段左手材料及可开关双频谐振模式的研究

张效雄  
【摘要】:左手材料是一种人工亚波长结构,在同一频段内同时具有负介电常数和负磁导率,因此左手材料又被称为双负材料。当电磁波在左手材料中传输时,电场分量、磁场分量和波矢方向服从左手定则。自从人工左手材料合成以来,研究者们采用不同的方法设计出许多新颖的左手材料,目前左手材料从微波单频段向高频以及多频段方向发展,由固定频段的刚性材料向能够应用于复杂表面的柔性可调谐方向发展。左手材料的奇异特性使其可以应用在完美成像、微波天线和吸收器等领域。本文根据左手材料的实现方法,提出了一种新型双频段左手材料和一种具有双频可开关谐振模式的左手材料,运用高频电磁仿真软件HFSS对两种左手材料进行了仿真分析,分别研究了所提出结构的电磁参数和电流、电磁场分布以及结构参数对谐振特性的影响。研究结果对设计或制造双频和多频段的左手材料具有一定的参考意义,对拓展左手材料在不同频段的应用具有潜在的应用价值。具体内容安排如下:第一章,首先介绍了左手材料的概念、实现方法、新颖特性以及国内外的研究进展,阐述了双频、多频段以及可调谐左手材料的实现方法。第二章,设计了一种由双开口环与十字线构成单元结构的双频带的左手材料。研究了电磁波垂直入射时,双开口环和十字线各自的电磁响应,以及双开口环-十字线组合结构的双频响应;并通过各谐振频率处的电流和电磁场分布分析了该单元结构实现双频响应的原因。最后讨论了双开口宽度g、十字竖线长度l_1、十字横线长度l_2、线宽w以及入射角度对电磁特性的影响。第三章,基于可开关左手材料的设计思想,通过在两组对称的双开口环间隙处加载RF MEMS开关,理论上实现了一种可开关的双频谐振左手材料。研究发现,通过控制不同位置处的开关,该结构的左手材料可实现低频/高频以及双频可开关特性。另外,通过各谐振频率处的电流和电磁场分布分析了该结构可实现可开关谐振特性的机制,最后探究了结构参数对电磁特性的影响。第四章,总结论文的研究结果,展望左手材料未来的发展方向。


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