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在共面波导上加载集总电容电感制备单负材料

来源:    作者:     发布时间:2013-02-28 16:56:53     点击数:

近几年,人工特异材料(metamaterials)因其奇异的电磁特性及广泛的应用而成为国际上一个热门的研究领域[1-12】。人们重点研究的特异材料主要有两类:一类是介电常数与磁导率同时为负值的双负材料(double.negativematerials),这类材料又被称为左手材料(1eft.handedmaterials)或负折射率材料(negativerefractiveindexmaterials)lt'8l;另一类是介电常数与磁导率中只有一个参数为负值的单负(single—negative,SNG)材料;它包括介电常数为负值而磁导率为正值的电单负(epsilon—negative,ENG)材料和介电常数为正值而磁导率为负值的磁单负(mu.negative,MNG)材料一。2|。对于双负材料,人们已做了大量的研究工作,有关双负材料众多的应用已被人们所发现,例如实现“完美成像”、制备具有奇异特性的微波器件、隐形材料等[3-51。与双负材料相比,人们对单负材料所做的研究工作还相对较少。

为了开发单负材料的奇异特性及重要应用,目前众多课题组正在单负材料的特性、制备及应用方面进行广泛的研究110-121。为了探索实现单负材料的方法,从而促进单负材料在电磁波器件等方面的应用,笔者主要研究了通过在共面波导(coplanarwaveguide,CPW)上加载集总电容和电感元件制备单负材料(包括电单负材料和磁单负材料)。此外,在制各出单负材料的基础上,还研究了加载电容及电感周期性的破坏以及加载电感对称性的破坏对单负带隙的影响。

图l(a)是笔者利用共面波导和集总电容(C)及电感(L)元件构造的单负材料的结构示意图。它是在共面波导的中心导带上周期性地开一些狭缝,焊上贴片电容,并在中心导带和接地板之间周期性地焊上贴片电感,中心导带两侧的电感互相对称。一个串联的电容和两个互相对称的并联的电感构成一个单元。图1Co)是笔者所制备的一个9单元的基于共面波导的单负材料的实物照片。实验中笔者采用的是相对介电常数为4.75,介质板厚度为1.6mm的单面印刷电路板,共面波导的中心带宽为4.5mill,中心导带和接地板间的狭缝宽0.52mln,金属层厚度为18}xm。在这些参数下,共面波导的特征阻抗磊为50Q,分布电容c0是104pF/m,分布电感岛是260nH/m。另外,一个单元的长度d被设计为8姗(包含中心导带上开的狭缝的宽度)。1

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