超大双负通带的超结构微波左手材料研究

合集下载

左手材料双负材料科普知识 ppt

②
负折射现象
当波通过两介质之间的界面时,如图所示。一边的磁导率μ1 和电导率ε1 均大于 0,另一边的磁导率 μ2 和电导率ε2 均小于 0。
设对 2 种媒介使用 Maxwell 方程都将被满足, 则有边界条件:
可见,E 和 H 沿法线分量 En2 和 Hn2 的正负号,在 ε2/ε1<0，μ2/μ1<0 时将和ε2/ε1>0， μ2/μ1>0 时符号的相对,那么,和ε2/ε1>0，μ2/μ1>0 的情况相对，在左手材料中折射光线将关于 z 轴对称传播。
SRRs可以看作由电感和电容组成LC电路，当 SRRs减小到一定尺寸时，其电感L和电容C不再继续减小，谐振频率趋近于某一定值。即采用金属微结构理论上不能实现可见光波段磁响应。另外，损耗也是限制可见光波段磁响应的原因。当结构单元尺寸与趋肤深度可比较时，其电阻损耗和趋肤深度问题变得更为突出。
双负材料的应用前景： ① 制作高分辨率的显微镜镜片。传统的光学镜头不能将光线聚焦到小于光线 2004年2月，俄罗斯莫斯科理论和应用电磁波长的尺寸。学研究所的物理学家宣布他们研制成功一种具左手材料制作的“超级透镜”：有超级分辩率的镜片。一方面，可实现平板聚焦，无需制成曲面；同年，加拿大多伦多大学的科学家制造出另一方面，可将光线聚焦到光线波长以下，一种左手镜片。甚至可以检测单个物质分子；两国科学家的研究成果获得科学界的高度赞赏，被美国物理学会评为2004年度国际物理还能放大消逝波，将二维像点的所有傅立学会最具影响的研究成果。叶分量全部聚焦，实现“理想成像”；

2002年，美国加州大学Itoh教授和加拿大多伦多大学Eleftheriades教授领导的研究组几乎同时提出一种基于周期性LC网络的实现左手材料的新方法。目前基于LC网络的左手材料的研究在理论和实验上都有很大进展。研究还表明LC左手材料在微波电路、天线等方面的应用中具有很大的优势。在2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授也从理论上证明了“左手”材料存在的合理性，他称之为“导向介质”。 2003年美国ParazzoliCG等人及Houcl等人同时分别进行了一系列成功的实验工作，样品实验的数据和模拟计算非常吻合，都晰而显着地展示出负折射现象；且在不同入射角下测量到的负折射率是一致的，完全符合Snell定律，证实了左手材料的存在。

左手材料经典结构双负特性及后向波性质探究

６＿。现在对左手材料的在重合频率段构造出左手材料。按照￡和的正负可以把自然界的物质球十大科学进展之一【然而，这两种结构在原理上如何实现结构上探索分为四类，如图１。第一象限中ｓ＞０，叩＞０，自研究基本集中在对其理论深化，然界绝大部分材料属于这类；第二象限中
ｎ０ｔｂｒｅａｃｈ０ｆＣＯｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄｉｔｓｅｘｉｓｔｅｎｃｅｉｓｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｒｅｅｍａｊｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｌｅｆｔｈａｎｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅａｒｅｆｏｒｅｓｅｅｄ・
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｌｅｆｔ－ｈａｎｄｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ；Ｒｏｄ－ｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅ＃ＤｏｕｂｌｅＮｅｇａｔｉｖｅＦｅａｔｕｒｅｓｌＢａｃｋｗａｒｄＷａｖｅ
ＹａｎＸｊ
（Ｊｉｌｉｎｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＪｉｌｉｎ，１３００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｒｏｕｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄｅｒｉｖａｔｉｏｎｏｆｌｅｆｔ－ｈａｎｄｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ’ ｃｌａｓｓｉｃａｌｐｏｌｅ－ｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃ

左手材料的研究概述

由此可知，在左手介质中，波的相位传播
但是在接下来的３Ｏ多年里，并没有在实验中观矢量Ｋ、电场强度Ｅ＊ｎ磁场强度Ｈ与常规介质相察到理论所预言到的现象，所以左手材料并没同，也是相互垂直的，可是不同的是，常规介有得到深入地研究。直到１９９６年英国的皇家科质的Ｅ、Ｈ￣Ｉ］Ｋ之间满足的是右手螺旋关系，而左手介质中的Ｅ、Ｈ和ＫＺ间满足的是左手螺旋列，电磁波射入金属丝阵列得到负的介电常关系。这也是为什么人们把介电常数和磁导率数。三年之后，他又利用开口的金属谐振环同时为负数的介质称为左手介质的缘故。（ＳＲＲ，Ｓｐｌｉｔｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒ），在特定入射波同时，多普勒效应、切伦科夫辐射、辐射的条件下又获得了负的磁导率。２０００年，美国压力、原子自发辐射效率、对倏逝波的作用、的科学家Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈ研究小组在Ｐｅｎｄｒｙ等人研究光子隧道效应等会发生异常。的基础上，将ＳＲＲＳＮＲｏｄｓ合理地组合起来，首次３．左手材料的结构设计得到了同时具有负的介电常数和磁导率的物因为至今在自然界并没有发现左手介质，质，从此以后，越来越多的人投身到左手材料目前人们在实验或者工程中用到的左手介质样的研究热潮中，左手材料被 “ Ｓｃｉｅｎｃｅ ”杂志评品都是人为设计的，是一种复合材料。大部分为２００３年度十大科技突破之一。尤其是在最近都是在微波印刷电路板上刻蚀各种各样不同的几年来，左手材料的研究在理论和应用上都取周期性的图案来实现等效左手特性的。各个方得了显著的成绩。并且逐渐改变着我们的生面还远远没有能够达到人们对左手材料的期望活。并且确实可以改变人们生产生活的程度。在由２左手材料的基本原理结构决定材料性质方面，左手材料既有与传统而电磁波要在介质中存在，必须满足与材料相似的一面也有截然不同的一面。相似之介质的电磁常数和电磁波参量相关联的波动方处主要表现在与晶体的对比上，晶体是由规则程，Ｈｅｉｍｈｏｌｔｚ方程：分布在空间中的原子或分子组成的，并且晶体

【神奇的左手材料】左手材料

【神奇的左手材料】左手材料左手材料，相信对于大多数人来讲是一个陌生的名词。

左手材料，指的是介电常数（ε）和磁导率（μ）都是负数的材料（物质）。

介电常数和磁导率是用于描述物质电磁性质的基本物理量，决定着电磁波在物质中的传播特性。

在自然界中，所有物质的介电常数（ε）和磁导率（μ）都为正值。

左手材料这种新型材料的非常之处，是其具有一种逆变能力，能使主导着普通材料行为的许多物理特性产生逆变。

左手材料有时也被称为“异向介质”、“负折射系数材料”。

左手材料迄今尚未在自然界中发现，这种材料目前都是由人工制造的。

从1999年开始起到目前为止，左手材料还主要处于实验室研究阶段。

迄今为止，我们在自然界见到的都是右手材料，右手规则一直被认为是物质世界的常规。

但是，在左手材料中，电磁波的电场、磁场和波矢却构成左手关系，这就是这种材料被称为“左手材料”的原因。

另外，根据物理学普遍规律，在一般物质中，电磁波的传播方向和能量传播方向是一致的，但是在这种材料中，电磁波的传播方向将会发生奇特的变化，能量按正常方向传播时，电磁波却向相反的方向传播。

由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数，折射率也是负的，根据电磁学理论，可以推断出它有很多奇异的特性。

手机辐射有望解决目前利用左手材料的性质，已经可以通过人造结构来控制电磁波传播方向，制成定向天线，可以使它只向基站方向发射信号，并通过相关技术阻止信号向人脑方向的传播。

但是目前这项研究仍处于实验室阶段，估计今后，将有可能用于解决备受关注的手机辐射问题。

手机辐射之所以可能对人体产生影响，是因为目前市场上应用的手机天线，都是全方向发射信号，向基站发射信号的同时也向人发射电磁波，对人的辐射无法避免。

而新型的左手材料，通过人造结构来控制电磁波传播方向，用它制成定向天线，可以智能寻找附近的电信信号发射基站，专向基站方向发射信号，并通过相关技术阻止信号向人脑方向的传播，可避免电磁波对手机使用者造成辐射。

左手材料的奇异特性研究

左手材料的奇异特性研究摘要：左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ都是负的人工周期结构材料，在其中传播的电磁波的群速度与相速度方向相反，从而呈现出许多起义的特性。

本文介绍了左手材料的基本概念、原理、奇异的特性以及其潜在的应用。

关键词：左手材料；反常折射；能流的方向和波矢方向相反；消除手机辐射；隐身术；引言在谈左手材料之前，先说一下什么是右手材料。

对于一般电解质而言，介电常数ε和磁导率μ都是非负的常数，由有麦克斯韦方程可知，在ε和μ都为正值的物质中，电场、磁场和波矢之间构成右手关系，我们称这样的物质为右手性介质（RHM）。

1968年，前苏联物理学家Veselago在理论上研究了介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学特性，他发现与常规材料不同的是：当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系，他称这种假想的物质为左手性介质（LHM）。

他还指出，左手性介质中电磁波的行为与在右手性介质中有很大的不同，比如光的负折射率、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。

1996年尽管左手性介质有很多新奇的特性，但在自然界中人类尚未发现真实存在的左手性物质，因此它还主要处在实验室研究阶段。

目前左手性材料的研究仍是科学的热点项目。

一、何谓左手性材料在经典电动力学中，对于无损耗、各项同性、空间介质均匀的自由空间，Maxwell方程组为：正弦时变电磁波的波动方程（Helmholtz方程）为：其中n代表折射率，c是真空中光速。

自然界中物质的ε和μ一般都与电磁波频率有关，如果不考虑任何能量的损耗，在正常的介质中，n、ε和μ在大多数情况下都为正数，此时方程（1）有波动解，电磁波能在其中传播。

对于无损耗、各项同性、空间介质均匀，有Maxwell方程组能推出平面电磁波方程为：且有可见，电磁波是横波，波的相位传播矢量K和电矢量E和磁矢量H互相垂直，并且K、E、H之间满足右手螺旋关系。

这种常规的介质就被称为“右手材料”（Right - Hand Materials）。

一种S型的超宽带左手结构设计

一种S型的超宽带左手结构设计摘要：文章在对S型左手材料结构进行理论分析的基础上，提出一种S型超宽带左手结构。

通过电磁仿真软件Ansoft HFSS对该结构的电磁波反射、透射特性进行模拟，并运用NRW方法从中提取出该结构的有效介电常数和有效磁导率。

结果表明：在55.5～66.5 GHz频带内，该结构具有稳定的双负特性，相对带宽为9%，这对当前超宽带左手材料应用到60 GHz无线通信的研究和开发具有一定的意义。

关键词：左手材料；双负特性；超宽带；60GHz无线通信“左手材料”是指介电常数ε和磁导率μ同时为负值的人工特异材料。

此概念是1968年前苏联物理学家Veselago提出的[1]，但自然界没有发现这种的材料，其研究一直处于停滞不前的状态。

直到1996～1999年间，英国皇家学院Pendry等人提出用金属棒和开口谐振环（Split-Ring Resonator，SRR）周期性排列可以在微波波段分别产生等效负介电常数和等效负磁导率[2-3]。

2000年，Smith 和pendry通过将细金属棒阵列与SRR阵列合理布局，制造出了这种材料，并实验验证了其左手特性[4]，从此左手材料才进入实质性应用研究阶段。

从左手材料表现出的新颖电磁特性，越来越多的左手材料被应用到谐振器﹑完美透镜﹑天线等方面。

随着无线通信技术的发展，世界各国相继开放60 GHz频率附近连续5～7 GHz频宽免许可频谱资源，在经济上极大的刺激了60 GHz无线通信的研究和开发进程[5]。

但是要在更多领域发挥出60 GHz的独特优势仍有许多技术难题，例如相控阵天线技术、集成电路设计、材料成本高。

根据左手材料表现出的新颖电磁特性，目前许多科研人员致力于把左手材料被运用到60 GHz通信领域以解决技术难题，并且一些左手材料已经运用其中，与传统材料相比它具有宽频带、低损耗、小单元等优点。

左手材料的实现为60 GHz频率附近连续5～7 GHz频宽通信研究和开发开辟了一个新的研究领域。

(整理)左手材料在天线中的应用研究进展

左手材料在天线中的应用研究进展摘要：首先从理论上解释了左手材料用于天线设计时实现天线高指向性、高效率、小型化以及大的扫描范围的原因，然后重点介绍了基于金属谐振结构和复合左/右手传输线(CRLH TL)结构的左手材料用于天线设计时的研究进展，显示了金属谐振结构在提高天线方向性、增大天线增益、减小天线体积等方面具有很大优势，而CRLH TL 结构在提高天线带宽、增加天线频带、增大漏波天线扫描范围等方面具有潜在应用价值。

关键词：左手材料；天线；金属谐振结构；复合左/右手传输线结构0 引言左手材料(Left-Handed Material ，LHM)又被称为双负介质，它是一类在一定的频率下同时具有负磁导率和负介电常数的新型人工电磁结构材料。

1968年，前苏联物理学家Veselago[1]首次从理论上研究了电磁波在介电常数和磁导率同时为负的物质中传播的奇异特性，如负折射率等。

20世纪90年代，英国物理学家Pendry 等人相继提出了用周期性金属棒结构（Rod ）[2]和金属谐振环结构（SRR ）[3]分别来实现负介电常数和负磁导率的设想，为左手材料的实现提供了基础。

依据Pendry 的设计思想，2000年Smith 等人[4]把以上两种结构有规律地排列在一起，首次制出了在微波段同时具有负介电常数和负磁导率的材料。

而Pendry [5]关于双负介质平板可以放大或恢复倏逝波来实现完美聚焦成像的建议为左手材料的研究起到了进一步的推动作用。

2002年，美国加州大学的Itoh 教授[6]提出了一种新的设计左手材料的方法—左手传输线，它是用串联交指电容来实现的。

几乎同时加拿大多伦多大学的Eleftheriades 教授[7]提出了周期加载串联电容和并联电感组成的平面一维左手传输线结构。

2004年，Itoh 等人[8]又提出了复合左/右手传输线（CRLH TL ）概念，这开创了一个全新的研究领域，复合左/右手传输线是最有可能首先得到应用的左手材料。

左手材料-双负材料-科普知识-ppt

左手材料的人工实现
1. 微波段双负材料的实现
① 金属谐振结构左手材料的实现目前，对于左手材料人工等效实现的研究，主要集
中在以金属谐振结构为基础的人工等效实现研究，通过 SRRs 周期结构形式的改进及研究，完成左手材料的人工等效实现。
2000 年美国加州大学 San Diego 分校的科学家 D.R.Smith 等采用电路板刻蚀技术制备了铜 SRRs 和铜线并周期性排列成结构材料，并测量了其微波透射曲线。大于共振频率ωm 的范围内体系出现负的磁导率。
r为金属线半径； a为晶格常数； co为真空中光速。因此，调整阵列的晶格常数和金属杆半径可实现红外、THz波段的负介电响应。 Zhang课题组实现了红外和THz波段的负介电响应。
负磁导率问题：
采用微结构单元替代磁性材料中的原子和分子可寸实SR现Rs高按20频比04年磁例T响缩．应小J．。时YP，eenn其等dr采磁y理用响论光应研刻可究蚀扩表技展术明到加当红工单外元波尺段而制不备能了扩结展构到单可元见为光30µ波m段左。右的铜SRRs阵列，
问题的关键在于：这种物质必须拥有负折射
率多。年到苦当寻时，为没止所能有找已到知满的足物的质材都料拥有，正其折射率。猜想也被淡忘。
双负材料的实现关键是介电常数和磁导率同时小于零，即系统中必须存在两个独立的谐振(电谐
振起来和当比磁ωp较谐>困振ω时难)，，。且可谐以振使的频介段电要常有数重为叠负部值分。，实现
⑤ 反常切伦柯夫辐射
当带电粒子在介质中匀速运动时会在其周围引起诱导电流，诱导电流激发次波，当粒子速度超过介质中光速时，这些次波和原来粒子的电磁场互相干涉，从而辐射出电磁场，称为切伦柯夫辐射。正常材料中，干涉后形成的波面，即等相面是一个锥面。电磁波能量沿此锥面的法线方向辐射出去，是向前辐射的，形成一个向后的锥角，即能量辐射的方向和粒子运动方向夹角θ。θ由式子cosθ=c/nv确定，其中v是粒子运动的速度。而在负群速度介质中,能量的传播方向和相速相反，因而辐射将背向粒子的运动方向发出,辐射方向形成一个向前的锥角。

左手材料在天线中的运用

左手材料在无线通信领域的应用前景
总结词
详细描述
左手材料在无线通信领域具有广泛的应用前景，将为无线通信技术的发展带来革命性的变革。
左手材料的特殊电磁特性使其在无线通信领域具有广泛的应用价值，例如在提高无线通信设备的灵敏度、信号传输速度和抗干扰能
力等方面，都将发挥重要作用。
左手材料在雷达系统中的应用前景
左手材料的特性
这种材料具有负的折射率，对电磁波的传播方向与电场和磁场的方向都与常规右手材料相反。
左手材料的分类
根据左手材料的特性，可以将其分为活性左手材料和被动左手材料。
02
左手材料在天线设计中的优势
提高天线效率
左手材料的高电导率和磁导率可以减少电磁波在传播过程中的能量损失，提高电磁波的传输效率，从而提高天线的效率。
• 制造方法：目前常用的制造方法包括真空蒸发沉积、纳米压印、化学气相沉积等，但这些方法普遍存在效率低、成本高的问题。
• 尺寸控制：制造过程中对左手材料尺寸的控制也是一大挑战，尤其是对于纳米级别的材料。
• 解决策略：研究者们正在开发新的制造工艺，以提高加工效率并降低成本。例如，利用先进的纳米压印和化学气相沉积技术，可以更精确地控制材料的尺寸和形状。此外，通过引入新型设备，也能提高生产效率。
通过利用左手材料的特殊性质，可以将电磁波聚集在特定的方向上，提高天线的发射效率和接收灵敏度。
降低天线的雷达散射截面
左手材料可以改变电磁波的传播方向，使电磁波散射到各个方向，从而降低天线的雷达散射截面。
VS
降低天线的雷达散射截面可以减少被敌方雷达发现的可能性，提高天线的隐蔽性和生存能力。
03
THANK S感谢观看
左手材料的特殊性质可以改变电磁波的相位和振幅，使天线更加高效地发射和接收电磁波。

左手材料研究进展及应用前景

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
张世鸿等 :左手材料研究进展及应用前景
左手特性才会出现。目前研究的左手材料是由开环谐振器和金属细线两种结构周期排列组成 ,在制作和使用上都有一定的难度 ,且呈现左手材料性质的频段较窄 ,应用受到限制。科学家们对呈现出左手特性的其它结构也进行了研究 ,比如美国特拉华大学的 S. T. Chui 等人[9] 提出使用金属磁性纳米颗粒复合材料制备左手材料 ,把金属磁性纳米颗粒嵌入到绝缘基体中 , 同时控制颗粒的磁化方向以及颗粒所占的体积比。由于在等离子频率下金属可以呈现出负的介电常数 ,而磁性颗粒的共振又可以使磁导率为负值 ,这就使该材料在某些频率下呈现出介电常数和磁导率皆为负值的左手性质。这种材料结构均一 ,没有复杂的微结构 ,因而使材料容易制备和使用 ,而且它呈现左手性质的频率范围可能较大 ,可以通过调节纳米颗粒的尺寸和体积比来调节它的应用频段。
其中等离子体频率ωp =
N q2
mε0
≈ 56.
4
N ,m 为
总动量值 , N 为平均电荷密度。其介电常数随频率变
化而变化 ,当工作频率低于 ωp 时 , 将εp (ω) < 0 ,此时波矢为虚数 ,电磁波不能在等离子体内传播。J . Pen2
dry 为左手材料的实现奠定了理论基础 ,1996 年发表
出相反性质。
2. 3. 1 负介电常数的实现
等离子体的介电常数表示为 Drude 模型 :
εp (ω)
= ε0
1
-
ωp2 ω2

基于微带结构双左手频带左手材料的研究

。
则，传播的群速度和相速度方向相反，从而呈现出许
多反常的物理现象，如逆Ｄｐｌｒ移、逆Ｃｒｎｏｏｐｅ频ｅｅｋｖ辐射、逆Ｓｅ折射，完美透镜现象。ｎｌｌ
普通的混合左右手材料只有一个左手频带，文中研究的左手材料具有双左手频带，可以应用于制成双
无损耗传统传输线模型，可以用一个串联电感和
Ｋｅｗｏｄｃｍｐｓｔｉｈｌｆ— ａｄｄ；ｄａｅａｄｙｒｓｏｏｉｒｇｔｅｈｎｅｅ／ｔｕｌｌｆｂｎｓ；ｄｆｃｅｒｕｄｓｒｃｕｅｔｅｅｔｄｇｏｎｔｕｔｒｓ
左手材料（ｅ —ｈｎｅｔｍｔｉｌ，ＬＬｆａｄｄＭｅａｅａｓＨＭｓ是ｔａｒ）
频甚至四频器件。双左手频带左手材料的研究对左手
材料的发展以及器件性能的提高具有重要的意义。
图１左手传输线等效模型
ｚ『一一一一一一一一一一一一一一一一一一・
。Ｉ
１复合左右手材料的设计原理
一
的同时，不可避免地存在右手材料的寄生串联电感￡
和并联电容Ｃ的效应。因此用来表示左手材料更为一
种介电常数和磁导率同时为负数的人工周期材。电场分量、磁场分量与波矢量满足左手定
料
般的模型是混合左右手传输线模型，如图２所示

电磁超材料左手材料报告

等领域具有广泛的应用前景。
左手材料是电磁超材料的一种特殊类型，具有负的折射率和负的磁导率，能够实现电磁波的逆寻
常折射和聚焦。
研究意义
探索电磁超材料的物理机制和设计原理，为新型电磁器件和系统的研发提供理论支持。
研究左手材料的特殊性质和应用，推动相关领域的技术进步和产业发展。
为解决电磁波干扰、隐身技术等实际问题提供新的思路和方法。
02 电磁超材料左手材料的基本理论
左手材料的定义与特性
左手材料的定义
左手材料是一种具有负折射率、负磁导率和负阻抗率的人工复合材料。
左手材料的特性
具有负的折射角、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射等特殊电磁性质。
电磁超材料的原理与性质
电磁超材料的原理
通过在亚波长尺度上精心设计材料的微观结构，实现对电磁波的异常响应。
03
可以在更广泛的频段内实现各种异常物理效应。
03 电磁超材料左手材料的制备方法
常见制备方法
微纳加工技术
通过光刻、
结构。
胶体自组装
利用分子间的相互作用力，将不同功能的纳米粒子自组装成左手材料
结构。
3D打印技术
通过3D打印技术，将左手材料粉末逐层堆积成
实验和理论研究表明，电磁超材料左手材料在隐身技术、天线设计、光子器件和量子技术等领域具有广阔的应用前景。
研究展望
需要进一步研究电磁超材料左手材料的物理机制和设计原理，以实现更高效、稳定和可控
的电磁性能。
需要探索电磁超材料左手材料在不同环境和条件下的应用，
以拓展其应用领域和范围。
需要加强与其他领域的交叉合作，如信息科学、物理学、化学和生物学等，以促进电磁超材料左手材料的创新和应用。

具有谐振特性的双通带左手材料的设计

ｎ
４结论
基于左手材料设计的理论，钊‘对当前多通带左手材料的研究热点，提出了一种新型双通带左手材料的结构单元，利用仿真软件对其结构进行模拟仿真，数值仿真结果表明，该结构在１８．６～２３．１ＧＨｚ和２４．８～３１．０ＧＨｚ频率范围内存在由谐振特性产生的左手频段．计算验证了该结构单元在这２个频段内具有双负特性，并且其相对带宽分别达到了２１．６％和２２．２％，本研究结果町为多通带通信提供
左手材料的结构设计与分析
电磁波传输系统可以等效为传输线网络，实现左手材料的负折射特性，需要在同一频带内同时产生负的介电常数和负的磁导率尽管传输线理论上存在纯左手材料传输线等效电路模型．由于电磁波传播时会存在寄生效应，这种纯左手传输线等效电路模型在自然界中是不存在的，在一定频段内会伴随着右手材料的特性，因此在设计中使用在普通传输线中加载并联电感与串联电容来实现左手传输线．图１为理想左右手复合型传输线模型．ｃ与ｃ分别为并联分布电容和串联分布电容，厶．和￡分别为并联分布电感和串联分布电感．其中ｃ和厶．会表现出左手传输线的分布参量．
３０２
江西师范大学学报（自然科学版）
２０１６征
ｃ的增加，第１个谐振点增大，但第２个谐振点并不随着ｃ的增加而增大．从图ｌ３（ｃ）与ｌ３（ｄ）可以看出当其它参数不变的情况下，单独改变ｗ或ｈ会使得第１个谐振点增加或减小，但并不会使第２个谐振点有较大改变．因此，要想实现所需要的谐振点，可以通过改变该结构中某一参数的尺寸，产生不同的等效电容与等效电感，呈现不同的负磁导率．实现所需要的双通带左手材料．

“巨”型左手材料微带天线优化设计研究的开题报告

“巨”型左手材料微带天线优化设计研究的开题报告一、研究背景及意义微波天线在通信、雷达等领域中具有重要作用，其性能的优化设计是天线工程师和科学家不断探索的课题。

在微带天线中，由于其具有小型化、低成本等优点，越来越受到研究者的关注。

近年来，随着5G通信的到来，对天线功率和频率响应等方面的要求更高，因此对微带天线的优化设计更为迫切。

本课题基于对巨型左手材料（metamaterials）的研究，旨在研究巨型左手材料微带天线的优化设计。

巨型左手材料是一种人工制造的材料，其具有一些传统材料不具备的性质，例如负折射率（negative refraction index）和负阻抗（negative impedance）。

巨型左手材料微带天线的设计涉及到天线几何结构、材料特性和天线性能等多个因素，因此具有研究的重要性和实用性。

二、研究方法本课题将通过仿真分析和试验验证相结合的方法，对巨型左手材料微带天线进行优化设计。

1.仿真分析采用有限元方法（FEM）对巨型左手材料微带天线进行电磁仿真分析。

通过改变不同参数对巨型左手材料微带天线的性能进行研究，例如天线长度、宽度、厚度、介电常数、磁导率等参数。

并利用仿真软件对天线的频率响应、天线增益、辐射特性等进行仿真分析。

2.试验验证采用标准微带天线实验仿真测试平台，制作巨型左手材料微带天线的样品，并对其进行实验测试和验证。

通过改变不同参数，对巨型左手材料微带天线进行性能测试和优化。

三、研究内容1.巨型左手材料微带天线的设计原理和性能分析2.巨型左手材料微带天线的优化设计方法的研究3.仿真分析和试验验证结果对比分析四、预期结果本研究将优化设计一种巨型左手材料微带天线，达到在5G通信等领域中具有更高的性能和应用效果。

五、研究难点1.如何确定巨型左手材料微带天线的几何结构，并针对不同参数进行设计优化?2.巨型左手材料的制备技术和加工难度?3.如何优化巨型左手材料微带天线的性能，使其更加适合于实际应用？六、研究进度安排1.文献综述与分析（2周）2.巨型左手材料微带天线设计原理与性能分析（3周）3.巨型左手材料微带天线优化设计方法研究（5周）4.仿真分析与试验验证（6周）5.数据处理与结果分析（3周）6.论文撰写与答辩准备（6周）七、参考文献1. Agrawal, A. K., & Devesh Kumar, P. (2013). Design of Meta Material Antenna for Selected Frequency Range. International Journal of Scientific & Engineering Research, 4(8): 198-202.2. Dyab, H. A., & Hussein, T. Y. (2012). Design of Fractal Slotted Printed Wideband Microstrip Antenna with LHM material for microwave imaging applications. International Journal of Engineering Research and Technology, 1(10): 1-8.3. Zhang, L., & Sievenpiper, D. (2005). Investigation of a broad-band dipole antenna constructed from left-handed materials. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53(8): 2563-2571.。

电磁超介质论文：电磁超介质左手材料结构参量吸波体

电磁超介质论文：电磁超介质左手材料结构参量吸波体【中文摘要】目前,新型电磁超材料作为一种材料设计理念,由于其能够表现出不同于任何天然或传统材料的电磁特性,已开始为越来越多的学者所关注,并迅速成为国际上的一个研究热点。

新型电磁超材料包括光子晶体、复合左／右手传输线、双负材料或称左手材料、电磁带隙结构、以及人工磁导体等,与电、磁、光性质相关联,为信息原件的新突破提供了一个新的契机。

新型电磁超材料的设计和制备主要取决于其单元几何结构,这就为人们获得具有超常电磁性能的“新媒质”提供了一种新的设计理念,为人们操纵、控制光及电磁波提供了新途径。

本文我们首先系统地研究了几何参量对金属短板对和连续金属线复合周期结构左手频带位置的影响；其次,提出了一种新型电磁超材料吸波体结构,并对其吸波特性进行了研究。

主要研究成果如下：1.基于金属短板对和连续金属线(short-slab pair and continuous wires)复合周期性结构,通过改变金属短板对和连续金属线复合单元中基质材料及厚度、金属线长度和宽度、间距,分析周期结构参量对左手材料通带位置的影响,给出了变化规律。

在一定范围内,减小连续金属板宽度、连续金属线长度或是增加连续金属线和金属板厚度,左手材料通带位置向较高频段偏移；增大金属板长度或连续金属线和金属板间距d时,左手材料通带峰值位置向低频偏移；将基板换用不同的材料,通带位置会随着基板材料ε的变化而变化。

2.设计了一种“十字形-电介质-金属薄膜”三明治电磁超介质新型吸波体结构,研究了其吸波性能。

通过数值模拟其散射参数发现透射参数在整个频段几乎为0,反射系数在24.19 THz和34.48 THz处分别出现两个波谷。

计算吸收率得到整个仿真频段出现两个吸收峰,而且在34.48 THz处实现近似完美吸收,研究结果表明该吸波体具有双带强吸收特点。

【英文摘要】At present, the new electromagnetic metamatenal as a material design idea. Because of the unique electromagnetic properties in meta-materials, theory and experiment research of meta-materials is a very hot topic in physics and electromagnetic area.New electromagnetic metamaterial materials including photonic crystal, composite right/left transmission line, double negative material or says left-handed materials, and artificial magnetic conductor etc, and electrical, magnetic, optical properties, the original associated the new breakthrough for information provides a new opportunity. New electromagnetic metamaterials depend mainly on its design and preparation methods, this unit geometric structure for people to get the electromagnetic properties possessing somespecific “new media” provides a new design concept, for people to manipulate and control light and provides a new way to wave. In this paper, we first geometric parameters are systematically studied metal wants andcontinuous wire short compound cycle structure the influence of left hand band position; Secondly, put forward a new kind of electromagnetic metamaterials absorbing body structure, and the suction potter sex is studied. The main research results are as follows:In this thesis, firstly,We systematically study the transmission properties of metallic short-slab pair and continuous wires structure metamaterials and its dependence on the system’s geometrical parameters in the infrared frequency regime, using the transfer-matrix method and the commercial code CST Microwave Studio. Secondly, we designed a newdual-band metamateria absorber. The electromagnetic properties for both structures are numerical investigated. The main results obtained are as follows:1. It was found that the passband are sensitive to the length and thickness of the continuous wires. As the length or thickness increases, the passband is slightly extended to a higher frequency. It was also found that the dependence of the passband on the material of dielectric layer.2. The electromagnetic properties of metamaterial absorber were measured using numerical simulation methed.The simulation results indicated that the transmission cofficients are nearly zero across the entire measurement frequency range,and the coefficients are 0.283和0.111 around24.19 THz and 34.48 THz respectively.The results indicated that our designed structure have dual-band absorptivity strongly.【关键词】电磁超介质左手材料结构参量吸波体【英文关键词】Metamaterial Lefthand material Geometrical parameters Absorber【目录】金属周期结构电磁超介质吸波体的设计及特性研究摘要4-5Abstract5-6目录7-9 1 绪论9-30 1.1 左手材料研究背景及意义9-22 1.1.1 左手材料的概念9-12 1.1.2 左手材料的研究背景12-13 1.1.3 研究现状和意义13-15 1.1.4 左手材料的实现15-22 1.1.4.1 负介电常数结构的提出15-17 1.1.4.2 负磁导率结构的提出17-18 1.1.4.3 左手材料的实验实现18-19 1.1.4.4 左手材料研究进展19-22 1.2 电磁超材料吸波体的研究进展及意义22-28 1.2.1 电磁超介质吸波体的研究背景和意义22-23 1.2.2 电磁超介质完美吸波体的实现23-24 1.2.3 电磁超介质吸波体的研究进展24-28 1.3 本文工作内容28-29 1.4 小结29-30 2 周期性结构参量对左手通带位置影响的研究30-41 2.1 引言30-31 2.2 理论分析31-32 2.3 单元结构参数和模拟环境32 2.3.1 模拟环境设置32 2.3.2 单元结构参数32 2.4 模拟方法32-33 2.5 模拟结果33-40 2.5.1 连续金属线宽度对左手通带位置的影响33-34 2.5.2 金属板宽度对左手通带位置的影响34-35 2.5.3 连续金属线长度对左手通带位置的影响35-36 2.5.4 金属板长度对左手通带位置的影响36 2.5.5 连续金属线和金属板间距对左手通带位置的影响36-37 2.5.6 连续金属线和金属板厚度对左手通带位置的影响37-38 2.5.7 基板厚度对左手通带位置的影响38-39 2.5.8 基板材料对左手通带位置的影响39-40 2.6 小结40-41 3 电磁超材料吸波体吸波特性研究41-48 3.1 超材料吸波体的理论分析41-42 3.2 电磁超材料吸波体的模型设计42-43 3.2.1 模拟环境设置42 3.2.2 单元结构参数42-43 3.3 单元仿真结果及数据分析43-47 3.4 小结47-48 4 全文总结48-50参考文献50-55致谢55-56个人简历及攻读硕士期间发表论文56【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。

一种双面型宽频带的左手材料设计研究

一种双面型宽频带的左手材料设计研究作者：代小琴迟洁茹何光峰宋来军来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第02期摘要：; 针对目前左手材料普遍存在的谐振频率低、带宽窄和高损耗的问题，本文基于谐振型左手材料理论，设计了一种双面型宽频带左手材料结构。

该结构将螺旋对称形金属片与十字形金属片分别放置在介质基板的两侧，形成一个左手材料单元，在2个左手材料单元顺序排列条件下，实现最佳谐振性，为了验证所设计的材料结构是否具有左手特性，采用高频仿真软件进行电磁仿真，同时采用Matlab软件与传输反射法（nicolsonrossweir，NRW）进行计算。

研究结果表明，该材料在3.37～5.87 GHz范围内，具有谐振特性，满足低损耗要求;在2.5～4.8GHz范围内，介电常数和磁导率同时为负，实现了材料的左手特性。

该研究具有一定的实际应用价值。

关键词：; 双面型; 宽频带; 左手材料; 左手特性中图分类号： TB303 文献标识码： A左手材料（lefthanded metamaterials，LHM）[1]这一理论概念，最早是由前苏联物理学家V.G.Veselago[2]提出。

在左手材料中，电场矢量、磁场矢量和波矢量三者遵循左手规则，不同于以往人们习惯的右手定则，电磁特性参数等效介电常数ε和等效磁导率μ均为负数。

电磁波在左手材料中传播时，其相速度和群速度的方向相反，并具有负折射、反多普勒效应、负切伦科夫效应和完美透镜效应[3]等一系列不常研究的物理现象。

由于在大自然中不存在这种物质，使这一理论没能得到更深入的研究。

直到30年后，英国物理学家J.B.Pendy等人[4]设计了细金属棒和谐振环结合的材料模型，这种周期排列的人工介质，通过实验测试，证明它是一种在微波段同时具有负介电常数与负磁导率的特异性材料，即开口谐振环结构，随之科学界纷纷投入对左手材料的研究，并成为研究热点，因此，不同新型的具有左手特性的材料結构，如Smith经典结构[5]、S形结构[6]、十字环形结构[7]、对称环结构[8]及H形结构[9]等被相继提出，但这些研究都存在着结构复杂、频宽窄、损耗大和体积大等一系列问题，在某种程度上阻碍了左手材料的发展应用。

左手材料研究进展与应用

左手材料研究进展及应用左手材料,指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质).在自然界中,所有物质的介电常数(ε)和磁导率(μ)都是正数.左手材料这种新型材料的超级的地方,在于其负的介电常数和磁导率使得主导普通材料行为的许多物理特性产生逆变. 左手材料有时也被称作”异向介质”,”负折射系数材料”. 迄今为止,咱们在自然界中见到的都是右手材料,右手规则一直被以为是物质世界的常规.可是,在左手材料中,电磁波的电场,磁场和波矢却组成左手关系.这也是这种材料被称为"左手材料"的原因.由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数,折射率也是负的,按照电磁学理论,能够推断出它有很多奇异的物理特性.由于那个学期正在学习电磁场,电磁场的数学基础和这种反常自然界物质的神独特性让我超级感兴趣.虽然阅读了较多的文献,不过很多理论仍是不能理解.不过,我理解的那一部份已经收获颇丰了.比如,人的大脑要有创新精神,勇于冲破常规,虽然右手规则是统治自然界物质的普遍规律,在咱们的脑海中,也根深蒂固的有ε和μ同时>0的概念,不过,只要勇于想,勇于创造,这种冲破自然界常规的物质LHM(left hand material)就可以够发挥出它庞大的功能.一.左手理论的起源和进展1967年，前苏联物理学家Veselag。

在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，第一次报导了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发觉，即:当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间组成左手关系。

他称这种假想的物质为左手材料，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。

这篇论文引发了一名英国人的关注，1968年被译成英文从头发表在另一个前苏联物理类学术刊物上。

但几乎无人意识到，材料世界从此掀开新的一页。

左手材料的研究进展并非是一帆风顺。

在这一具有颠覆性的概念被提出后的30年里，虽然它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中尚未发觉实际的左手材料，所以，这一学术假设并无立刻被人同意，而是处于几乎无人理会的境界，直到快要本世纪时才开始出现转机。

浅谈“左手材料”在未来无线通信系统中的应用

束、电磁波隐身、微波平板聚焦透镜、带通滤波器、耦合器、宽带相移器等研究。随着科学技术的不断发
证．人们对左手材料的兴趣也基本消失了。
１９年～１９年．英国的Ｐｎｙ人相继提出了８９９９ｅｄ等ｒ
￡＝￡ｏ＜０
．
论上证明了 “ 手材料存在的合理性，并称这种人工左
那么｜ｚｉ｝
＞０，ｋ实数解，即方程介质可用来制造高指向性的天线、聚焦微波波束，实现有 “ 美透镜、用于电磁波隐身等。完左手材料的前
程）：ＶＥ＋Ｅ＝０（）。１
２０年７．瑞士ＥＨ实验室的科学家宣布制造出０２月Ｔｚ
其中．七＝
常数和真空磁导率。
左＝国／／ＥＯｓ和／分别是介质三维的 “ 手材料 ” ，相关研究成果也发表在当月的美ｒ０ｒ１ｚ￣Ｅ
在物质中的传播特性可以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 介电常数￡和磁导率 “两等物理学家根据Ｐｎ等人的建议．利用以铜为主的复ｅｒｄｙ个宏观参数来描述。到目前为止．自然界中已发现的物合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导质的这两项参数一般都为正数．或者为一正一负。