一种新型可调Triple-Band左手超材料

文摘

一种新型可调triple-band左手超材料(综述)组成的一个单回路谐振器(SLR)和一对变量capacitor-loaded短丝(CL-SWP)在两面都印上的衬底提出了。材料CL-SWP-based (MTM)是一种新型单面。这是理论上分析可以提取可调的负磁导率和宽带负介电常数。我们跑模拟CL-SWP-based MTM, SLR-based MTM,和提议的综述。测量结果,确定,这部小说综述展览一个可调triple-band左撇子(LH)属性。随着加载电容的增加,LH乐队是相对稳定的,而其他两个正在向较低的频率与带宽更宽、窄,分别。表面电流密度分布表明,第一个LH乐队主要决定于单反,其余2 LH乐队之一主要是由CL-SWP决定的,另一个是由单反和CL-SWP一起决定。

1。介绍

左手超材料(综述)是一种工程材料具有负的介电常数和磁导率在同一频率范围因此表现出负的折射率等特殊性质,斯涅尔定律的逆转,多普勒效应,Vavilov-Cerenkov效应和逆向波(1]。因为内在和狭窄的共振频率乐队最负,但是,它不能用于一些宽工作频率地区(2,3]。

提出了一些可调综述了通过使用各种附加材料或结构,如铁氧体(4- - - - - -9,液晶10- - - - - -12),变容器(13- - - - - -16),和可调结构17- - - - - -19]。铁酸盐或液晶可以很容易地添加到传统的实现可调谐性综述。例如,在[8),铁氧体杆只是添加到综述组成的开口环谐振器(从)和金属导线,和在10),液晶只是之间插入两个omega-type谐振器。这种类型的综述很容易设计,但缺点这样ferrite-based可调谐性需要大磁偏见和液体水晶型可调谐性有一个有限的可调范围(2]。可调结构可以实现与层间位移等的方法(19)和衬底的厚度的变化18]。这种可调谐性不如以前的方便和灵活,但是在实践中更容易实现。Varactor-loaded可调谐性已经在微波工程应用程序中使用,因为他们可以很容易地集成到微波电路。然而,插入需要一个适当的空白区域,这就增加了设计难度。

还有另一个越来越要求的多波段性质综述了微波应用程序。多波段综述,可以实现简单的一起安排多个负单元(20.,21)和特定元素包含多个共振(22- - - - - -26]。这种类型的综述是精心设计的,通常有复杂的金属结构为目的的μ消极的,ɛ负频率范围重叠。

然而,可调多波段综述仅仅是报道。在本文中,我们提出一个新颖的可调triple-band综述。这个综述是一对变量capacitor-loaded短丝的组合(CL-SWP)和圆形单环谐振器(SLR)结构衬底的在两面都印上。材料CL-SWP-based (MTM)是单面的,它是一种新颖的综述。我们从理论上分析了CL-SWP-based MTM。的SLR-based MTM (25,27,28也是单面和能抽到双频的负磁导率。在我们的设计中,我们打印的圆形单反的另一边CL-SWP-based MTM构建小说。此外,我们还研究了CL-SWP之间的连接,单反,小说可调triple-band综述了模拟和“S参数检索”方法的帮助(29日]。

2。模型和理论分析

的几何形状SLR-based MTM和CL-SWP-based MTM数据所示1(一)和1 (b)分别在黄线代表金属线厚度为0.018毫米。发病率是插图,k是入射方向和E和H指方向的电场和磁场,分别。结构都打印在15毫米×15毫米×0.8毫米罗杰斯6006基质的相对介电常数为6.15。= 15毫米,b = 15毫米,R1 = 6.6毫米,w = 0.45毫米,g = 0.25毫米,ws = 4毫米,g = 1毫米。

的SLR-based MTM以前讨论和确定能抽到多波段的负磁导率25,27,28]。在本文中,我们设计了一个圆形的单反为了抑制电耦合的设计可调triple-band综述。

自从CL-SWP-based MTM是一种新型结构,重要的是解释为什么它能够提取可调的负磁导率和宽带负磁导率。根据理论分析提出的从在30.,31日),磁共振是出于周长周围的电动势分裂的戒指。考虑无限阵列从安排在三个正交方向的空间段d和一个入射磁场极化沿y方向,垂直于从理论,会有一个感应电动势和电流我沿着戒指,满足以下几点: 在哪里H₀外部磁场,R,l,C是寄生电阻、电感和电容的每一环,分别和FL不同环之间的互感。与 , ,当前我给出如下:

根据单位体积磁矩, 和 ,在那里B是相应的外部磁通;然后我们可以获得最终的有效渗透率如下:

从上面的分析中,很明显,有效渗透率是完全与磁谐振器的形状无关。的实部与适当的选择可以是负的F,R,l,C,而虚部永远都是积极的。

为CL-SWP-based MTM,加载电容改变当前通量开放结束在中间。那么外部磁场将动机磁共振在中间的差距。对于特定的结构,”l”和“R“是相对不变的,而C“主要是由加载电容决定和“F“可能受到其他电磁干扰的影响我们将在以下部分中讨论。因此,通过适当的值”C”或“F“CL-SWP-based MTM能抽到可调的负磁导率可以从(3)。如果我们有 , , ,然后的实部的变化与F改变从0.5到0.9是显示在图2,“真正的()“代表了真正的有效渗透率的一部分。可以从图2的增加,F不仅增加了最大的实部的绝对值μ而且还扩大了μ消极的带宽。

另一方面,连接短导线作为金属导线排列;提取负介电常数,因此,他们有能力分析(32]。然而,这种联系也带来电动谐振。自从域尺寸比波长小得多的发病率,在外部电场可以近似为单位U=E_zb =国际扶轮+(−jωL)我+ /(−jωC),E_z是外部电场/长度。然后,体积电流密度J_v在每个单元均质如下:

而在(31日), 因此,

从(6),在共振频率,有效介电常数的实部是1。随着频率的增加,有效介电常数的实部正变得越来越小,这可能是负的频率高于共振频率。因此,CL-SWP的有效介电常数是一个游戏其等离子体频率和电共振的结果。它可以在宽广的频率范围是负的,如果电共振还不够强大。

3所示。模拟和分析

基于上述分析,我们打印循环单反结构的另一边CL-SWP-based综述的目的是建立一种新型可调triple-band综述。在本节中,我们模拟了CL-SWP-based MTM,圆形SLR-based MTM,合并后的综述,分别基于全波模拟器。加载电容选择从12 pF 18 pF,作为一个例子。有效的参数是通过“S参数检索”方法检索。

3.1。CL-SWP-Based MTM

模拟的S参数CL-SWP-based MTM加载电容从12 pF - 18 pF是显示在图3,实线表示₁₁(dB),而虚线代表₂₁(dB)。相应的有效参数在数据检索4(一)- - - - - -4 (d),所有实线代表实数部分,而虚线表示参数的虚部。同样的规则应用在以下数据有效的参数。

在图3,共振频率从2.456 GHz 1.976 GHz,加载电容从12 pF 18 pF。然而,传输字符是不好的。在图4(一),实现负介电常数的频率低于等离子体频率(33)排列的电线。随着加载电容的变化,可以观察到电共振;然而,他们不足以使介电常数是积极的。在图4 (b)实现负磁导率,与加载电容的变化可调。负折射率也观察到可调负载电容的变化,如图4 (d)。因此,CL-SWP-based MTM展览一个可调左撇子(LH)属性。

3.2。SLR-Based MTM

图5(一个)显示模拟年代参数的SLR-based MTM和图5 (b)显示相应的实部检索有效的参数。在图5(一个)固体黑色线代表年代₁₁,而虚线红线代表年代₂₁。有两个传输山谷和相应的最小值年代₂₁分别观察到1.759 GHz和2.235 GHz,这表明在这些频率,MTM可能表现出单一的负面(合成天然气)的财产。因此,在图5 (b)可以观察到,负磁导率从1.743 GHz 1.816 GHz和2.208 GHz 2.305 GHz,而在这些频率介电常数都是积极的。渗透率是观察到的最小值在第一个合成天然气1.759 GHz频率范围和第二合成天然气在2.235 GHz频率范围。因此,该SLR-based MTM双频μ消极的MTM。

我们也显示这两个共振频率的表面电流密度,f₁= 1.759 GHz和f₂= 2.235 GHz,分别在数字6(一)和6 (b)。结果暗示f₁与底部间隙,而f₂与差距。

3.3。可调Triple-Band负

最后,我们来模拟结合小说可调triple-band综述。模拟年代参数与加载电容的变化显示在图中7,实线表示年代₁₁虚线代表年代₂₁。

在图7,有3通频带(年代₁₁<−10 dB)。尽管加载电容的增加,第一个通带是几乎不变,其共振频率大约是1.75 GHz。第二通频带是朝着更低的频率,和它的最小值年代₁₁越来越大,越来越窄的带宽的增加电容加载。第三通频带,当加载电容是12 pF和13 pF,其共振频率为2.407 GHz和2.336 GHz,分别。对于其他电容,其共振频率大约是2.3 GHz。

检索到有效的参数如图8(一个)- - - - - -8 (d)。在图8(一个)介电常数的实部是负的频率低于2.45 GHz。在图8 (b)负磁导率是观察三种不同频率的可调范围。这些相应的μ负频率范围在不同加载电容也列在表中1这为我们提供了一个更直接的可调谐性的远见。“1号μNG”、“第二μNG”和“第三μNG”代表了μ负的频率范围,“BW”代表的带宽频率范围在前面列在表1,他们都是用“GHz测量。“第一μ负频率范围相对稳定在1.7 GHz,和它的带宽大约是0.08 GHz。第二个μ负向低频率范围,其带宽越来越窄的增加电容加载。第三个μ负也朝着低频率范围与加载电容的增加,但其带宽越来越大,直到加载电容大于16 pF。相对应的折射率显示可调趋势,如图8 (d)。

更好的比较探讨贡献CL-SWP和单反的小说可调triple-band综述我们显示的表面电流密度分布三个共振频率:1.745 GHz, 2.169 GHz, 2.407 GHz 12 pF加载电容时的数字9(一个),9 (c),9 (e)分别和1.749 GHz, 2.03 GHz, 2.306 GHz 15 pF加载电容时的数字9 (b),9 (d),9 (f),分别。当前的分布数据9(一个)和9 (b)几乎都是集中在底部单反的差距,类似于显示在图吗6(一);因此,第一个LH乐队主要由第一磁共振单反决定。在图9 (c),表面电流集中在中期差距CL-SWP,和顶部间隙的单反,而在图9 (e),他们主要分布在中期CL-SWP的差距。因此,当加载电容12 pF,第二LH乐队一起决定CL-SWP和单反,而第三LH乐队主要由CL-SWP决定的。在图9 (d)、表面电流观测CL-SWP中期几乎所有周围的差距,而在图9 (f),他们观察到CL-SWP的差距和单反。因此,当加载电容15 pF,第二LH乐队主要由CL-SWP决定的,而第三LH乐队一起决定CL-SWP和单反。因此,我们可以得出一个结论,CL-SWP-related LH乐队比SLR-related的调谐频率范围更广。除了,单反的磁性共振的存在增强了相互耦合系数”F”CL-SWP,因此CL-SWP-related LH乐队的LH表现在小说中综述了比这更好的显示在图中4。

最后,我们使用标准的矩形波导方法实验描述的有效参数的超材料(34]。测量设置显示在图10 (),一个标准的BJ22波导可在1.72 GHz 2.61 GHz。单层样本组成的7条3×1单位使用。的年代参数测量使用安捷伦的E8361C矢量网络分析仪。负载电容是15 pF为简单起见,作为一个例子。检索到有效参数的模拟和测量、标记”Sim卡。”和“是”。,” respectively, are displayed in Figure10 (b)与2.5 GHz的频率从1.72 GHz。

在图10 (b),有两个频带提出样品展览双重否定属性。与模拟结果相比较,发现它们对应于第二和第三LH如图的乐队8而转移到较低的频率。第一个LH乐队不是观测到的,因为它已经超出了波导的操作频率。

4所示。结论

在本文中,我们提出一个新颖的可调triple-band综述。这个综述是由一对短电线连接通过一个可变电容器印在一边的基质和一个圆形的单环谐振器印在另一边的底物。的CL-SWP-based MTM已经从理论上进行了分析。模拟是基于操作,为CL-SWP-based MTM, SLR-based的MTM,分别和他们结合小说负。测量结果,综述了这部小说是确定3可调LH乐队。也指出,第一个LH乐队主要是决定第一磁共振单反,和其余两个LH乐队主要由CL-SWP决定的,另一个是由单反和CL-SWP决定在一起。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文是由国防“973”基础研究发展计划(没有。6131380101),通过初步基金“十二五”规划(4010403020102和4010403020102号),中央大学和基础研究基金(nos HEUCFD1433和HEUCF1508)。

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