首页/文章/ 详情

超材料的手性特征

1年前浏览186




以超材料形式存在的人工手性是一个在电磁应用中有前途的方案,因为我们可以设计出具有高稳健性、低损耗、任意工作频率和可定制特性的手性超材料。手性重要的三个基本概念为镜像不对称性、极化旋转和磁介电耦合,它们之间存在重要的相互依赖关系。

目录



   
  • 本构关系    
  • 超材料的手性    
  • 参考文献

*

As shown below👇

本构关系

在 20 世纪,确定了光是由电和磁响应之间的耦合产生的,即手性粒子的磁电耦合,以及各种相关形式的电磁本构关系。

电磁介质的行为通常可以用以下关系式来表示

 

将场响应与介质磁化率联系起来,可得

 

其中,

 

那么,常规的双各向同性关系

 

其中 D 和 B 通过耦合张量ξ和ζ相互依赖,表示线性时间不变 (LTI) 介质最常见的显式本构关系。

将上式中的张量在特殊条件下,如三原子螺旋(手性)粒子形成的介质,减少并最终归结为标量,那么这种介质被称为双各向同性。

 


因此,双各向同性介质将仅由四个复参数表征。




超材料的手性

与介电极化效应相比,自然手性材料的电磁耦合较弱,因此其光学活性效应也相对较弱。然而,在人工手性材料中,手性参数可以显著提高,从而无需负介电常数或负磁导率即可获得负折射率。这为通往超材料的手性途径开辟了道路。  
超材料是一种介质,由散射粒子或“超粒子”的 1D、2D 或 3D 亚波长晶格阵列组成,其关键特性更多地是由于这些粒子的几何形状和取向,而不是组成它们的材料的分子尺度性质。  
 

如上图所示为一个具有合理尺寸参数的三维手性超材料的示例。其晶格是周期性的,具有一个维度为p的立方单元,它由外部大小为a且未展开的多旋转-螺旋亚粒子组成。


参考文献



   

[1] G. Riccio, F. Ferrara, G. Gennarelli, R. Guerriero and F. Chiadini, "Reflection, Transmission and Diffraction by Lossless Anisotropic Chiral Sheets," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 11, pp. 8719-8727, Nov. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3461163.

[2] C. Caloz and A. Sihvola, "Electromagnetic Chirality, Part 1: The Microscopic Perspective [Electromagnetic Perspectives]," in IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 62, no. 1, pp. 58-71, Feb. 2020, doi: 10.1109/MAP.2019.2955698. 

来源:微波工程仿真
ACTMAGNET光学ANSA材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-12
最近编辑:1年前
周末--电磁仿真
博士 微波电磁波
获赞 45粉丝 82文章 460课程 0
点赞
收藏
作者推荐

磁电偶极子的高隔离方法

带内全双工 (IBFD) 系统同时在发射和接收模式下工作,理论上可以提供两倍于传统半双工系统(如频分和时分双工系统)的频谱资源和信道容量。磁电 (ME) 偶极子天线因其宽带操作、稳定的辐射方向图和低交叉极化水平等优点,在 IBFD 系统中引起了广泛关注。目录 磁电偶极子天线工作原理 磁电偶极子高隔离方法 参考文献 ME dipoleAs shown below👇磁电偶极子天线工作原理磁电偶极子天线是将电偶极子和磁偶极子组合在一个天线单元内的天线。通过辐射方向图的互补,磁电偶极子天线能够实现稳定的辐射性能。 磁电偶极子天线的工作原理基于电磁波的辐射特性。当电流通过电极时,电极上的电场会产生磁场,从而形成一个磁电偶极子。这个磁电偶极子能够将电流转换为辐射电磁波,实现无线通信。 ME 偶极子辐射器的等效电路传统的 ME 偶极子辐射器可以被视为并联谐振电路。该电路相当于 ME 偶极子电感的并联组合L0 和边沿电容C0 由相邻电偶极子之间的间隙引入,如图 ME 偶极子辐射器的谐振模式主要工作在奇数模式,导致电容等于2*C0 。此外,上图中没有计算辐射器与地之间的电容,因为它的幅度比电容C0小得多。同样地,省略了 ME 偶极子辐射器的电阻,因为谐振频率不受电阻值的影响。谐振频率f0 可以通过以下方式获得传统的 ME 偶极子散热器: 常规 ME 偶极子辐射器的带宽 BW 可以计算如下 磁电偶极子高隔离方法ME偶极子高隔离几种方法1、扩大发射端口和接收端口之间的空间,2、使用近场抵消技术和模式分析,3、采用去耦网络来实现高隔离。4、差分馈电结构也被用于提高隔离度,但受到带宽有限和差分馈电网络的额外损耗。 参考文献 [1] K. Y. Yang, W. J. Zhu, L. H. Ye, S.-Q. Xiao, X. Shi, and D.-L. Wu, “Miniaturized Broadband Dual-Polarized Magnetoelectric Dipole Antenna With High Isolation and Filtering Response,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 11, pp. 8272–8281, Nov. 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3454982.[2] K. M. Luk and H. Wong, "A new wideband unidirectional antenna element", Int. J. Microw. Opt. Technol., vol. 1, no. 1, pp. 35-44, Jun. 2006.[3] R. Xu and Z. Shen, "Wideband Ferrite-Loaded Bow-Tie Antenna of Extremely Low-Profile," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 12, pp. 11401-11409, Dec. 2022, doi: 10.1109/TAP.2022.3209706.[4] Z. Qian, Y. Zhao, X. Liu, L. Ge and J. Mao, "A Novel Filter in Antenna (FiA) With Compact Size and High Performance," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 72, no. 7, pp. 5550-5559, July 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3401477.来源:微波工程仿真

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈