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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:

理论分析图l所示结构的一个单元的等效电路如图2所示。当基本单元的长度d远小于微波的波长时,利用传输矩阵理论和布洛赫周期性边界条件可得图l所示结构在无损耗时的色散关系川为:式中:口是共面波导上加载集总电容及电感元件构造的图l所示结构的相移常数;co、岛代表共面波导的分布电容和分布电感的大小;C和L表示加载的集总电容和电感的大小;d是一个单元的长度;础圆频率。由式(1)可以得到图1所示结构的有效介电常数Eeff和有效磁导率pe仃分别为⋯:式中:P是一个常数因子,其值由b、co、L、C确定。可以利用式(2)和(3)计算出图1所示结构的有效介电常数和有效磁导率随频率的变化关系如图3(a)所示。由图3(a)可知,在频率工l和五2之间图1所示结构的edrdx于零、而#dr大于零,所以图l所示结构在五l和如之间可被看作是电单负(ENG)材料。如果加载的电容和电感值改变时,同样可以利用式(2)和(3)得到图l所示结构的teff和p。fr随频率的变化关系如图3(b)所示。从图3Co)可以看出,同样可以在频率五t和五2之间获得单负材料,但此时是Ceff大于零、而#at/ix于零的磁单负(MNG)材料。总之,在共面波导上加载集总电容及电感元件,通过电容及电感数值的选择,既可以获得电单负材料、也可以获得磁单负材料。

拟与实验因为单负材料对电磁波是不透明的,故在图1所示共面波导特异材料的传输特性曲线中,应有单负带隙出现。为了直观地观察特异材料的单负带隙,笔者通过模拟和实验获得了图1所示共面波导特异材料的&l参数。模拟的结果是利用CSTMicrowaveStudio软件仿真得到,实验结果是利用AgilentVectorNetworkAnalyzer8722ES测量得到。图4(a)和(b)给出了加载电容及电感分别为C=5.1pF,L=4.7nH和C=0.5pF,L=10.0nH两种情况下的模拟和实验结果。由两图可以看出,测试结果和模拟结果吻合很好,在图4(a)中,在中心频率约2.35GHz处出现了一个宽约1.9GHz的ENG带隙;在图4(b)中,在中心频率约2.90GHz处出现了一个宽约2.0GHz的MNG带隙。另外,模拟和实验结果与理论计算结果相比稍有差别,这主要是由于真实元件的色散特性所致。1

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