CN109786972B - 一种平面的环工形左手材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平面的环工形左手材料，涉及无线通信领域。该超材料结构单元包括介质板（3）及印刷在介质板（3）上的环工形贴片（4）；环工形贴片（4）由一个开口向下的圆环微带线（1）和一个工字型的微带线（2）组成，工字型微带线的上半部分通过圆环的开口伸入到圆环中心处；圆环微带线（1）向下的开口和工字型的微带线（2）形成两处缝隙（5，5’）。该超材料单元结构简单，易于实现，成本低，而且能实现较宽的频段的左手材料单元。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，涉及一种平面结构左手材料。
背景技术
左手材料是一种最为经典的超材料，被定义为在某些频段内同时具有负介电常数和负磁导率。由周期性尺寸远远小于工作波长的人工单元结构组成，这类材料可呈现天然材料所不具备的超常物理性能。
早在1968年，苏联的理论物理学家Veselago通过对麦克斯韦方程组的细心研究发现，当电磁波在磁导率和介电常数均为负值的材料中的传播时，电磁波传播的相速和群速的方向均呈现出反相的状态，使得电场E、磁场H和传播方向K三矢量相互成左手关系，呈现出了相对于右手螺旋法则的左手螺旋法则，因此将这种材料定义为LHM。
1996年，英国帝国理工学院的Pendry 教授在实验中使用金属细丝来构造低频的等离子体材料时，发现了呈周期性排列的细金属丝拥有负介电常数。1999年，Pendry教授等进一步提出了开口谐振环（Split Ring Resonator,SRR）结构。
此后，一系列经典的亚波长结构左手材料单元相继被提出，例如：具有负折射率的性质的Ω型左手材料，由开口谐振环结构提供负磁导率、工字形结构提供负介电常数的组合型超材料结构，由两个不同尺寸的Ｓ形谐振环组成的超材料等。
上述超材料的共同特征为入射波的波矢方向须与超材料单元的平面处于同一水平面，大大约束了该类超材料的适用范围，难以应用于实际。进而有学者提出了一种平面超材料结构，该结构用有限长的金属线即可构成，在电磁波垂直入射的情况下，在同一频段内不仅能产生负磁导率，还能产生负介电常数。相较于之前的超材料结构，平面型超材料结构单元传播方向上的尺寸可以与照射电磁波波长相当，因而具有更为广泛的应用范围。显然，平面型的超材料较由金属线和开口谐振环组成的这类超材料拥有更多值得研究的价值。
本发明一种平面的环工形左手材料，结构简单，易于实现，成本低。
本发明内容，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面的环工形左手材料。结构简单，易于实现，成本低。
本发明一种平面的环工形左手材料，包括介质板（3）及印刷在介质板（3）上的环工形贴片（4）；环工形贴片（4）由一个开口向下的圆环微带线（1）和一个工字型的微带线（2）组成，工字型微带线的上半部分通过圆环的开口伸入到圆环中心处。
所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：开口向下的圆环微带线（1）和工字型的微带线（2）之间的两处缝隙（5，5’）产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容。
所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：环工形贴片（4）产生电谐振，调整环工形贴片（4）的尺寸可调整等效电感。
本发明结构简单，易于实现，成本低。
附图说明
图1环工型左手材料单元的结构示意图
图2环工型左手材料单元的S参数的幅度
图3环工型左手材料单元的S参数的相位
图4环工型左手材料单元的介电常数
图5环工型左手材料单元的有效磁导率
图6环工型左手材料单元的折射率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体实施方式的说明。
如图1所示，一种平面的环工形左手材料，包括介质板（3）及印刷在介质板（3）上的环工形贴片（4）；环工形贴片（4）由一个开口向下的圆环微带线（1）和一个工字型的微带线（2）组成，工字型微带线的上半部分通过圆环的开口伸入到圆环中心处。
所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：开口向下的圆环微带线（1）和工字型的微带线（2）之间的两处缝隙（5，5’）产生磁谐振，调整缝隙可以调整该结构的等效电容。
所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：环工形贴片（4）产生电谐振，调整环工形贴片（4）的尺寸可调整等效电感。
所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：采用厚度为0.8mm的RogressRO4003介质板，尺寸为6mmX6mm。
仿真得到本发明的左手材料单元的散射参数如图2和图3所示，其中图2描述了S参数的幅度，图3描述了S参数的相位。从图2中可以观察到，在 13.3GHz 附近，S 参数出现了透射峰和与之相对应的反射谷，且通过图3的相位图可观察到 S11 在 13.3GHz 附近相位有较大的转变，由此可推断该材料单元会在 13.3GHz 附近形成左手频带。
利用等效参数提取方法对参数进行有效的提取，得到一种平面的环工形左手材料的有效参数如图4和图5所示，其中图4为有效介电常数，图5为有效磁导率。由图4可以看出，在 10GHz-15GHz 频段内，该左手材料单元的介电常数实部均为负，且低频段的负值幅度较大，而图5中的有效磁导率的实部在 12.7GHz-14GHz 频段内为负。当超材料结构的有效磁导率的实部为负的频段和有效介电常数实部为负的频段实现重叠时，在两者重叠的频段内，便可以得到负的折射率，此时折射率为负的频率宽度即为该左手材料的左手带宽，如图6所示。可以看出，环工型左手材料单元的带宽为 11.7GHz-14GHz，相较于有效介电常数和有效磁导率负实部的重叠部分往低频展宽了 1GHz 的带宽。再从图3可以看出，S21的相位在 11.7GHz 附近有 180°相位变化，从而将该左手材料单元的低频部分展宽到了11.7GHz。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (2)
1.一种平面的环工形左手材料，其特征在于：包括介质板(3)及印刷在介质板(3)上的环工形贴片(4)；环工形贴片(4)由一个开口向下的圆环微带线(1)和一个工字型的微带线(2)组成，工字型微带线的上半部分通过圆环的开口伸入到圆环中心处；圆环微带线(1)向下的开口和工字型的微带线(2)形成两处缝隙(5，5’)；开口向下的圆环微带线(1)和工字型的微带线(2)之间的两处缝隙(5，5’)产生磁谐振，调整缝隙可以调整环工形左手材料的等效电容；环工形贴片(4)产生电谐振，调整环工形贴片(4)的尺寸可调整等效电感。
2.根据权利要求1所述一种平面的环工形左手材料，其特征在于：采用厚度为0.8mm的Rogress RO4003介质板，尺寸为6mmX6mm。
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