1 中国空间技术研究院西安分院 微波技术研究所，中国陕西 西安 710049
2 天津大学 微电子学院，中国天津 300072
3 新加坡科技设计大学，新加坡 487372
介绍了一种工作在60 GHz频率的具有输出端口间高隔离和全端口匹配特性的小型化变压器巴伦芯片，该芯片采用0.18-μm锗硅BiCMOS工艺设计并加工。通过在60 GHz变压器巴伦的输出端口之间引入隔离电路，提高巴伦的隔离度性能并改善输出端口匹配性能；在此基础上，提出了一种基于左手材料传输线的隔离电路，能大大改善传统隔离电路中分布式传输线尺寸大的问题；为了进一步实现巴伦的小型化，在设计中采用了负载电容补偿技术，同时能改善变压器巴伦输入端口的匹配性能。设计的巴伦芯片经过电磁场仿真，其结果与在片测试结果有较高的一致性，验证了提出的设计方法，设计的巴伦芯片具有全端口匹配和输出端口间高隔离度的特性。基于实测结果，在60 GHz频率处，设计的巴伦芯片实现了超过25 dB的输出端口隔离度和优于18 dB的输出端口回波损耗，且占用尺寸极小，仅为0.022 mm2。
变压器巴伦 隔离电路 60 GHz 左手材料传输线 transformer balun isolation circuit 60 GHz left-handed transmission line（LHTL）
1 湖州师范学院 理学院， 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院， 上海 200072
对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构，覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明：随着归一化波导厚度的增加，TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小，且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现；进一步研究发现，波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小，对负功率流和零功率流的影响较大。
平面波导 各向异性左手材料 石墨烯 电压 slab waveguide anisotropic left-handed materials graphene voltage
乐山师范学院数学与信息科学学院, 四川 乐山 614000
利用矢量有限元法,研究了加载右手材料和左手材料的对脊重叠鳍线的传输特性,重点讨论了金属鳍的厚度对其特性的影响,同时研究了材料对主模截止波长、单模带宽、主模和第一高阶模场结构及色散特性的影响。结果表明,加载左手材料时,主模截止波长几乎都比加载右手材料时小,主模截止波长和单模带宽随加载区域的扩大呈相反的变化趋势,主模场线和第一高阶模场线在加载区域的分布形状完全相反,色散特性相似。这些数值计算结果有助于新型微波和毫米波器件的设计。
集成光学 对脊重叠鳍线 右左手材料 矢量有限元法 主模截止波长 单模带宽 场结构 色散特性 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 091301
贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
基于等效电路模型理论,在介质基板单侧放置了两个交错多开口的矩形金属环,形成了一个新的材料结构,通过理论分析和模拟仿真,提取了有效的电磁参数。结果表明,该结构在40.8~61.8 GHz频段范围内的等效介电常数和等效磁导率均为负,绝对带宽达到21 GHz,实现了宽频带特性。该研究结果为左手材料在毫米波通信中的应用提供了重要参考。
材料 左手材料 等效电路 开口矩形金属环 宽频带 毫米波通信 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051601
对含各向异性左手材料劈形平面波导中的TE振荡模进行了相关研究。从Maxwell方程组出发,采用变量分离法,根据切向电磁场连续的边界条件,得到该模的色散方程以及功率流方程。基于上述方程,采用曲线拟合方法,画出了相关的特性曲线。结果显示:电场强度同时考虑了x和z方向的影响,功率流随波导长度增加而周期性振荡变化;当劈形平面波导的斜率k=0.1,导模传输的波导长度小于2.5 mm;当频率较低时(f=5.0 GHz)以及k=0.01,对于不同的模阶数,波导厚度的变化对功率流在波导中传输的影响不大。这些特性将有助于未来波导的小型化以及波导加工精度的降低。
集成光学 平面波导 各向异性左手材料 色散曲线 归一化功率流 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 041302
1 山西大同大学 固体物理研究所， 山西 大同037009
2 西安梦溪笔谈信息科技有限公司， 陕西 西安710049
通过传输矩阵方法，研究了含各向异性左手材料的一维光子晶体耦合微腔结构。结果表明，该结构中存在两类微带，一类位于常规的Bragg带隙，另一类位于零均值折射率带隙。当腔的厚度发生调制时，两类微带变成两类Wannier-Stark态。耦合微腔厚度梯度因子增大时，两类带隙中Bragg振荡周期都减小，而且透过率降低。
各向异性 左手材料 光子晶体 anisotropic left handed materials photonic crystal
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
基于谐振型左手材料理论, 提出了一种新型的宽频带、低损耗左手材料结构单元。利用Nicolson-Ross-Weir算法和Ansoft HFSS软件, 得到该结构单元的等效介电常数、等效磁导率和等效折射率。结果表明, 该结构单元具有低损耗特性; 在23~32.3 GHz频段范围内, 其等效介电常数和等效磁导率均为负, 同时等效折射率的实部为负, 虚部接近于0。该结构为单元Kα波段左手材料的设计及其应用提供了一定的参考。
材料 左手材料 Kα波段 低损耗 宽频带 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 091602
1 湖州师范学院 理学院, 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200072
研究了含各向异性左手材料的劈形平面波导TE振荡模的传输特性。 首先，从麦克斯韦方程组出发，得到该模的色散方程、反射系数方程、传输系数方程以及功率损耗方程。然后，根据这些方程画出了相关特性曲线并对这些曲线进行了仔细分析，研究发现：(1)当模阶数m=0,1,2时，TE模的有效折射率具有较大的值，且随着波导长度的增加而快速减小；(2)TE0模具有超大的反射系数，最大值接近0.967；(3)TE0模传输系数总是小于等于1.2×10-3；(4)当劈形波导斜率k=0.01时，其功率损耗大于等于0.998，而且，当频率为5.0GHz时，功率损耗仍大于等于0.98。
劈形平面波导 左手材料 传输系数 反射系数 功率损耗 超强吸收器 tapered slab waveguide metamaterial transmission coefficient reflection coefficient power loss super absorber
内江师范学院 工程技术学院, 四川 内江 641112
基于积分衍射理论和相干偏振理论, 研究了部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强的分布。研究结果表明: 中心光强随工作频率增大,先增大后逐渐趋于稳定, 但是随相干参量增大而减小; 横向光强随相干参量增大而减小, 随偏心参量增大光强的最大峰值不变, 但是光强的峰值数目在不断增加。
物理光学 左手材料 工作频率 光强 部分相干 physical optics the left-handed material the operating frequency intensity distribution partially coherent
成都信息工程大学 光电技术学院,成都 610225
利用电磁理论和传输矩阵法仿真得到了在0.3~6.935GHz微波波段具有负折射率的左手材料，并分别对右手材料和左手材料构成的光子晶体带隙特点进行了分析.结果表明：右手材料光子晶体结构的带隙对周期数变化不敏感，而对层厚度比、入射角度变化敏感；左手材料光子晶体带隙随层厚度比的增大，带隙位置出现蓝移，随着入射角度的增大，TM波主带隙的上带边会出现红移，而TE波带隙特性对入射角度变化不敏感.研究结果对微波技术中全方位反射器等器件的设计有一定的参考意义.
光子晶体 传输矩阵 左手材料 带隙 蓝移 红移 photonic crystal transfer matrix left-handed amterial band gap blue shift red shift
