复合左右手超表面的调谐特性研究
发布时间：2021-02-13 08:21
超材料的出现为电磁学领域的研究开辟了新的方向,人类自此有了能够对电磁波进行操控的新手段。作为一种人工材料,超材料拥有天然材料中没有的特殊电磁性质,有着重要的研究价值和广阔的应用前景,近十几年来成为专家学者们争相研究的对象。基于传输线理论的复合左右手超材料,在不同频率范围内能分别支持电磁波左手、右手传输模式,且具有较高的带宽和低损耗,早期被应用在许多新型微波器件（波导、射频器件）中。随后研究人员证明了传输线理论在频率更高的太赫兹和红外波段同样适用,一些基于该理论的光学器件相继被实现。到目前为止,大多数的复合左右手器件色散关系固定、不可调,尤其是在太赫兹和中红外波段,尚无色散可调的工作被报道。本文首次实现了红外波段色散关系可动态调谐的复合左右手超表面,该成果在红外扫描辐射、分子检测中具有应用前景。论文的主要研究工作及成果如下:首先,理论设计并提出一种集成有氧化钒的复合左右手超表面,该器件为金属-介质-金属三明治结构,底层为铜反射层,中间的介质为SiO2和相变材料VO2,顶层为“H”型阵列天线。利用电磁场仿真软件HFSS对该结构进行仿真,驱动求解模...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验上首次实现的负折射率材料[13]
前文说过基于共振结构的左手材料存在窄带宽、高损耗的缺点，因此想要将左手材料应用到器件中，必须解决这两个问题。2002 年，G. V. Eleftheriades 小组和 T. Itoh 小组都提出了能够实现左手材料效应的传输线方法[3]，基本思想是在传输线上引入周期性的串联电容和并联电感，这种传输线中没有多余的谐振结构，其带宽和损耗被证明优于基于 SRR 的左手材料。但是两个小组的实现方式不同，G. Eleftheriades 等使用的物理结构是二维的 LC 网络，由集总元件构成。当用点源照射到普通材料与这种材料的交界面时，电磁场在另一侧会重新汇聚起来，如图 1所示；而 T. Itoh 使用的是微波传输带的物理形式，如图 1-3（a）所示，串联的插指状电容提供了传输线的左手电容LC ，短接线提供了传输线的左手电感LL 。其 参数测试结果如图 1-3（b）所示，左手和右手范围内的损耗都非常小。通过数据的处理得了到该传输线的ω-β色散曲线，如图 1-3（c）。这种左手传输线实际上是复合左右手传输线，在一个较低的频率范围内支持电磁波的左手传播模式，随着频率的升高电磁波将转换为右手传播模式，此外从色散图中可以看出这两个传输通带都具有较大的带宽。
图 1-3 左手传输线的微带实现形式[4](a)一个周期的示意图；(b)S-参数图；(c)ω-β图复合左右手传输线因其独特的色散性质及高带宽、低损耗的特点，被学家们争相用来研究新型的微波器件。在导波器件应用方面，2003 年 T. Itoh 等人将传统分支线耦合器的右手传输线替换成复合左右手传输线，实现了可以在任意一对频率点工作的耦合器，如图 1-4 所示[19]。2004 年，C. Caloz 等采用复合左右手传输线与传统微带线相结合的形式，实现了非对称后向耦合器，如图 1-4 所示[20]。该耦合器在 2.2GHz-3.8GHz 实现了-0.7dB 的后向耦合强度，与传统耦合器相比，耦合强度增强很多，且耦合的尺寸大大降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光频三维各向同性左手超材料结构单元模型的仿真设计[J]. 龚伯仪,周欣,赵晓鹏. 物理学报. 2011(04)
本文编号：3032239
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验上首次实现的负折射率材料[13]
前文说过基于共振结构的左手材料存在窄带宽、高损耗的缺点，因此想要将左手材料应用到器件中，必须解决这两个问题。2002 年，G. V. Eleftheriades 小组和 T. Itoh 小组都提出了能够实现左手材料效应的传输线方法[3]，基本思想是在传输线上引入周期性的串联电容和并联电感，这种传输线中没有多余的谐振结构，其带宽和损耗被证明优于基于 SRR 的左手材料。但是两个小组的实现方式不同，G. Eleftheriades 等使用的物理结构是二维的 LC 网络，由集总元件构成。当用点源照射到普通材料与这种材料的交界面时，电磁场在另一侧会重新汇聚起来，如图 1所示；而 T. Itoh 使用的是微波传输带的物理形式，如图 1-3（a）所示，串联的插指状电容提供了传输线的左手电容LC ，短接线提供了传输线的左手电感LL 。其 参数测试结果如图 1-3（b）所示，左手和右手范围内的损耗都非常小。通过数据的处理得了到该传输线的ω-β色散曲线，如图 1-3（c）。这种左手传输线实际上是复合左右手传输线，在一个较低的频率范围内支持电磁波的左手传播模式，随着频率的升高电磁波将转换为右手传播模式，此外从色散图中可以看出这两个传输通带都具有较大的带宽。
图 1-3 左手传输线的微带实现形式[4](a)一个周期的示意图；(b)S-参数图；(c)ω-β图复合左右手传输线因其独特的色散性质及高带宽、低损耗的特点，被学家们争相用来研究新型的微波器件。在导波器件应用方面，2003 年 T. Itoh 等人将传统分支线耦合器的右手传输线替换成复合左右手传输线，实现了可以在任意一对频率点工作的耦合器，如图 1-4 所示[19]。2004 年，C. Caloz 等采用复合左右手传输线与传统微带线相结合的形式，实现了非对称后向耦合器，如图 1-4 所示[20]。该耦合器在 2.2GHz-3.8GHz 实现了-0.7dB 的后向耦合强度，与传统耦合器相比，耦合强度增强很多，且耦合的尺寸大大降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光频三维各向同性左手超材料结构单元模型的仿真设计[J]. 龚伯仪,周欣,赵晓鹏. 物理学报. 2011(04)
本文编号：3032239
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