雙十字架型超材料平板長度對諧振頻率的影響分析

摘 要：為了更加深入地理解設(shè)計參數(shù)對超材料諧振頻率的影響趨勢，文章提出了一種垂直入射型雙十字架型結(jié)構(gòu)，并對其設(shè)計參數(shù)中的平板長度為單一分析變量，通過仿真軟件獲取超材料結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)的數(shù)值。結(jié)果表明平板長度對于諧振頻率呈負相關(guān)的性質(zhì)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計參數(shù)；超材料；平板長度；諧振頻率

超材料因其奇異的電磁特性而廣泛應(yīng)用在微波天線、無線電力傳輸?shù)裙こ填I(lǐng)域中[1-3]。在超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析中，基于電磁仿真軟件的數(shù)值分析是一個非常重要的步驟，這也有利于更加深入地理解超材料結(jié)構(gòu)和對其設(shè)計參數(shù)的靈活把握。通過仿真分析，可以清楚地把握不同設(shè)計參數(shù)對其諧振頻率的影響趨勢，從而更加有針對性地設(shè)計工程中所需要的超材料結(jié)構(gòu)。文章以一種垂直入射型雙十字架型結(jié)構(gòu)為例，分析了平板長度對其諧振頻率的影響趨勢，為更加深入理解該種超材料結(jié)構(gòu)提供有益的參考。

1 雙十字架型超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計

我們結(jié)合經(jīng)典“漁網(wǎng)”超材料結(jié)構(gòu)和已報道的工字型超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計出一種垂直入射型雙十字架型結(jié)構(gòu)[4]，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)可以被看成兩個完全對稱的十字架型超材料結(jié)構(gòu)，針對單個十字架型結(jié)構(gòu)而言，其設(shè)計參數(shù)平板長度為Ls=9.9mm，平板寬度為Ws=7.9mm，頸部長度Ln=0.9mm，頸部寬度Wn=0.9mm，介質(zhì)基板選用介電常數(shù)為4.6的F4B。沿著Y軸方向設(shè)置為周期電邊界（PEC），沿著X軸方向設(shè)置為周期磁邊界（PHC），沿著Z軸方向的上下垂直面分別設(shè)置為PORT1和PORT2。掃頻范圍設(shè)置為5-15GHz。

2 平板寬度對諧振頻率的影響分析

我們保持平板寬度、頸部的長度和寬度這三個尺寸不變，將平板長度設(shè)置在8.5-10mm的區(qū)間內(nèi)，步長設(shè)置為0.5mm，因此可以仿真出四組結(jié)果。從圖2中可以看出，當(dāng)平板長度從8.5mm向10mm遞增時，其反射系數(shù)的最低值頻率分別位于12.77GHz、12.08GHz、11.46GHz到10.82GHz，呈依次遞減的狀態(tài)，顯示出向低頻移動的趨勢。同時對于傳輸系數(shù)的最低值頻率而言，則從9.59GHz、9.52GHz、9.48GHz到9.43GHz變化。同樣呈現(xiàn)向低頻遞減的趨勢，因此可以認為平板長度對于諧振頻率呈負相關(guān)的性質(zhì)。

3 結(jié)束語

文章提出了一種垂直入射型雙十字架型結(jié)構(gòu)為例，分析了平板長度這一單一變量對其諧振頻率的影響趨勢。得到了平板長度對于諧振頻率呈負相關(guān)性質(zhì)的結(jié)果。

參考文獻

[1]馬波，陽小明，李天倩，等.箭頭型超材料模型及其在無線電力傳輸中的應(yīng)用[J].西華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，34（5）：47-50.

[2]馬波，陽小明，等.梯形超材料對微帶天線增益指標的改善[J].西華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，35（2）：34-38.

[3]Ma Bo， Yang Xiao-ming， Li Tian-qian， et al. Gain and directivity enhancement of microstrip antenna loaded with multiple splits octagon-shaped metamaterial superstrate[J].International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics，2016，50（1）：201-213.

[4]Ma Bo， Yang Xiao-ming， Li Tian-qian， et al. Gain enhancement of transmitting antenna incorporated with double-cross-shaped electromagnetic metamaterial for wireless power transmission[J].Optik-International Journal for Light and Electron Optics，2016，127（16）：6754-6762.