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計參數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構，并對其設計參數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構的反射系數和傳輸系數的數值。結果表明平板長度對于諧振頻率呈負相關的性質。

關鍵詞：設計參數；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用在微波天線、無線電力傳輸等工程領域中[1-3]。在超材料結構的設計和分析中，基于電磁仿真軟件的數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構和對其設計參數的靈活把握。通過仿真分析，可以清楚地把握不同設計參數對其諧振頻率的影響趨勢，從而更加有針對性地設計工程中所需要的超材料結構。文章以一種垂直入射型雙十字架型結構為例，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構提供有益的參考。

1 雙十字架型超材料結構設計

我們結合經典“漁網”超材料結構和已報道的工字型超材料結構設計出一種垂直入射型雙十字架型結構[4]，如圖1所示。該結構可以被看成兩個完全對稱的十字架型超材料結構，針對單個十字架型結構而言，其設計參數平板長度為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，介質基板選用介電常數為4.6的F4B。沿著Y軸方向設置為周期電邊界（PEC），沿著X軸方向設置為周期磁邊界（PHC），沿著Z軸方向的上下垂直面分別設置為PORT1和PORT2。掃頻范圍設置為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，將平板長度設置在8.5-10mm的區間內，步長設置為0.5mm，因此可以仿真出四組結果。從圖2中可以看出，當平板長度從8.5mm向10mm遞增時，其反射系數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，顯示出向低頻移動的趨勢。同時對于傳輸系數的最低值頻率而言，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的性質。

3 結束語

文章提出了一種垂直入射型雙十字架型結構為例，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性質的結果。

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用[J].西華大學學報（自然科學版），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].西華大學學報（自然科學版），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.