一种基于介质谐振器的新型电磁超材料

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1、第8卷第4期信息与电子工程VO1．8，NO．42010年8月INF0RMATIONANDELECTRONICENGINEERlNGAug．，2010文章编号：1672-2892(2010)04-0407—04一种基于介质谐振器的新型电磁超材料李悬雷，刘长军(四川大学电子信息学院，四JII成都610064)摘要：文章设计了一种基于介质谐振器的新型混合左右手结构。该结构由工作在横电模式TE的介质谐振器嵌入到平行平板波导中组成。数值分析表明：工作频带为12GHz～14GHz，在13．15GHz频率下相移为零。该结构在整个通带内插入损耗低于0．6dB，同时具有极低的通带波纹，表现出了良好的传输特性

2、。与普通的混合左右手结构相比，其结构简单，插入损耗较低，在高频时导体损耗也较低，在超级透镜、天线等领域具有很好的应用前景。关键词：超材料；介质谐振器；平行平板波导中图分类号：TN826文献标识码：AAnovelkindofmetamaterialbasedondielectricresonatorLIXuan—lei，LIUChang—jun(CollegeofElectronicsandInformationEngineering，SichuanUniversity，ChengduSiehuan610064，China)Abstract：Inrecentyears，left-handed

3、metamaterialshavebeenextensivelystudiedduetotheiruniqueproperties．Anewkindofstructurewithleft—handedelectromagneticcharacteristicswasdesignedandanalyzed．Itwascomposedofdielectricresonatorsworkingattransverseelectricresonantmode，whichwereembeddedintoaparallelplatewaveguide．Itworkedwellfrom12GHzto14

4、GHz，andthetransitionfrequencywasat13．15GHz．Theproposedmetamaterialdemonstratedagoodtransmissionperformancewithinsertionlosslessthan0．6dBandlowpass-bandripples．ComparedwithconventionalCRLHstructures，thestructureissimpleandwithlowinsertionloss，lowconductorlossathighfrequencyband．Itcanbeappliedtosupe

5、rlensandantennasinfuture．Keywords：metamaterial；dielectricresonator；parallelplatewaveguide左手材料同时具有负介电常数和负导磁率，支持后向波传播【l】，可以突破常规材料在许多问题中的限制。左手材料又称为超材料，在微波、太赫兹和光学方面具有良好的应用前景。自从Veselago于1967年提出左手材料的概念以来，多个研究小组分别实现了不同的左手结构。目前实现的左手结构，总体上可以分为2类：第1类是利用平面传输线构造串联电容和并联电感，来实现负介电常数和负导磁率，例如，基于CRLH．TL传输特性的微带巴伦L2；

6、第2类是由高Q值极化选择的磁谐振器和电谐振器混合组成，例如，Gingrich等人实现的开口谐振环SRRs结构pj。他们通过开口环谐振器和细铜棒来实现负介电常数和负导磁率。由于它们都是由金属构造而来，当频率较高时会呈现较大的导体损耗。本文源于第2类左手材料结构，设计了一种基于介质谐振的新型结构。这种结构是由相互耦合的介质谐振器组成晶格，嵌入到平行平板波导内构成。1基本原理平行平板的TE模式的等效介电常数的表达式可近似表示为】：e收稿日期：2009—12-10；修回日期：201O-05-19基金项目：国家自然科学基金资助项目(60971051)；四川省青年基金资助项目(09ZQ026．016)

7、4O8信息与电子工程第8卷式中：∞为角频率；(【)：_二为TE模式的截止频率，d为两平行平板之间的间隔；s为填充到平行平板之√shm⋯间介质的介电常数；n为TE工作模式的阶数；c为真空中的光速。由式(1)可以看出：当工作频率∞低于TE模式的截止频率CO⋯时，平行平板的TE模式的等效介电常数为负值。方形介质谐振器最低TE模式为TE。该模式的场分布就像一个磁偶极子的场分布，所以有时也称之为磁偶极子模【5】。当入射波的磁场方向