带缺口梯形电磁超材料结构仿真设计及验证-

1、带缺口梯形电磁超材料结构仿真设计及验证* 摘 要：文章基于传统srr/mw结构设计出一种带缺口梯形超材料模型，通过电磁仿真软件hfss提取的反射-传输参数，并通过经典反演算法反演出等效电磁参数，反演结果显示该超材料结构满足在7.08ghz7.21ghz频段内等效介电常数和等效磁导率同时为负的性质。 关键词：超材料；梯形；hfss；等效电磁参数 引言 自从veselago于1968年从理论上提出了超材料（mtm）的概念以来，超材料因其自然界常规材料所不具备的特殊电磁特性而越来越吸引着物理学界和材料界的广泛重视1。pendry等因其创造性地设计出由开口谐振环和金属纤维的复合结构设计即经典srr/m

2、w模型2，成为后续各种改进超材料结构的原始基础。 文章基于传统srr/mw的思路，设计出一种新型带缺口梯形超材料模型，并通过仿真和等效参数提取验证其满足超材料频段的性质。该模型几何结构简单，利于加工制造，是实用超材料模型的良好选择方案。 1 超材料结构设计 超材料结构如图1所示，介质板采用环氧玻璃布层压板，介质板沿x轴方向长度为14mm，沿z轴方向高度为16mm， 沿y轴方向的厚度为1.6mm。其中内外等腰梯形的宽度均为0.5mm，外梯形的上底为12mm，下底为16mm；内梯形的上底为6mm，下底为10mm。在内外等腰梯形的上底边上都有一个长为1mm，宽为0.5mm的长方形缺口，在内外梯形的缺

3、口处的凸起部分为正方体，其中长宽都为0.5mm，厚度为0.1mm。此外金属条蚀刻在介质基板的另外一侧（背面侧），其长为14mm，宽为1.6mm。 2 传输-反射参数仿真 采用电磁仿真软件ansoft hfss对该模型进行仿真。最终可得出反射参数（s11）曲线图和传输参数（s21）曲线图，如图2所示。从图中可以看出在7.17ghz频点左右超材料的通透性较好，s11和s21呈大致相反的相关关系，可以初步推断该频点周围具有超材料性质。 3 反演参数提取 为验证所提出的梯形型结构具备超材料性质，需要提取其有效电磁参数，采用nrw反演算法提取该超材料的等效介电常数和等效磁导率是一种被广泛认可的有效方法3

4、。图3给出了等效介电常数和等效磁导率实部，从图中可以看出，在7.08ghz7.21ghz频段内实现了超材料的等效介电常数和等效磁导率的实部同时为负，验证了所提出的梯形模型为超材料结构。 4 结束语 文章通过对传统srr/mw超材料结构进行改进设计出一种带缺口梯形超材料模型。反演法结果验证了该结构存在超材料频段的预期。 参考文献 1 v. g. veselago. the electrodynamics of substances with simultaneously negative values of and j.sov. phys. usp：1968，10：509 2j.b.pendry.negative refraction makes a perfect lensj.physicalreviewletters：2000，85（18）：3966-3969. 3smith d r. electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterialsj. physical review