负介电系数集成材料工程应用初探 engineering application of composite material with negative permittivity.pdfVIP

第26卷第1期 电波科学学报 Vol-26，No．1 Z011年2月 CHINESEJOURNAL0FRADIOSCIENCE February，2011 文章编号1005一0388(2011)01—0090—05 负介电系数集成材料工程应用初探 包永芳王坤 (电子科技大学，四川成都6l0054)． 摘 要 目前被广泛关注的负介电系数集成材料，其基本结构是在印制板上周期蚀 刻连续或不连续金属丝，形成独特的周期性结构，使材料的有效介电系数在某一频段 内为负数。同时，由于材料的周期性结构，在工程应用中可能会遇到一些问题，主要 是由于周期终止而引起的边缘问题以及工艺原因产生的缺陷效应对材料电磁特性产 生影响。采用时域有限差分法对这两个问题进行了数值模拟分析，得到了一些有意 义的结果，为负介电系数集成材料的工程应用提供了理论依据。 关键词 负介电系数集成材料；边缘问题；缺陷效应；时域有限差分法 中图分类号0441 文献标志码A 问题进行了初步探讨，主要包括材料的边缘问题和 1．引 言 材料的缺陷效应，期望得到一些有意义的结果，为负 介电系数集成材料的工程应用提供理论依据。 近年来，随着Pendry[妇和smith[21等人单负及 双负人造电磁材料的研制成功，人们对人造负材料 2．材料的边缘问题 倾注了极大的热情，并从理论和实验等不同角度，对 人造负材料进行了广泛深入的研究。人造负材料具 将负介电系数集成材料用作电磁屏蔽材料，其 有独特的物理性质，电磁波在单负材料中无法传播， 基本依据就是材料对电磁波的抑制作用，即频率落 在双负材料中，电磁波的电场E、磁场日和波矢量K 在材料负介电系数频带内的电磁波，在材料中无法 之间呈左手螺旋关系。人造负材料的出现，为人类 传播，电磁波入射到材料上后，将被完全反射。但对 打开了一扇”负世界”的大门。目前人们的研究目标 于实际的负介电系数集成材料，并不能达到完全反 主要集中在负磁导率材料和双负材料，从材料的单 射，因为作为人造材料，它所具有的并不是真正的负 元结构到工程应用，几乎涉及此类材料的所有领域。 介电系数，而是等效负介电系数，材料必须具有足 但是对负介电系数材料的关注却不多，相比于其他 够多的周期单元，才能具有这种等效特性。且在目 两种材料，研究得还远远不够。 前的研究中，人们主要通过测量负介电系数集成材 已研制出的负介电系数材料，多为在印制板上 料中心区域对不同频率电磁波的反射和透射特性， 周期蚀刻的连续或不连续金属丝结构，此类负介电 以确定材料的等效负参数频带和对电磁波的抑制作 系数材料又被称为负介电系数集成材料，其负参数 用，即屏蔽效能。而要把负介电系数集成材料真正 频带较之负磁导率材料和双负材料都宽得多，且结 应用到工程实际中，就必须考虑在材料的边缘处，由 构更为简单。因此，负介电系数集成材料更易于应 于周期单元逐渐减少，直到终止，材料对电磁波的抑 用到电磁兼容领域，可作为新型的电磁屏蔽材料以 制作用是否会减弱。 屏蔽电磁场，且由于材料的独特性质，无需考虑高频 在采用FDTD方法数值模拟分析负介电系数 接地的问题，具有较高的工程应用价值。为此本文 集成材料电磁特性时，通常将