基于分形的左手材料设计
现代电子技术
Modern Electronics Technique
2015年4月15日第38卷第8期
Apr.2015Vol.38No.8
0引言
“Metamaterials ”是本世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，国内称为特异媒质，或是电磁超材料，其是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料[1]。其典型代表有左手材料（LHMs ）、零折射率材料（ZIMs ）、光子晶体（EBG ）等[2?4]。左手材料是指其等效介电常数和等效磁导率同时为负值的特异媒质，由于其具有诸如如负折射现象[5]、逆多普勒效应、逆Cerenkov 辐射[6]等不同寻常的物理性质，因此在微波平板聚焦透镜、带通滤波器、耦合器、天线以及隐身衣等方面具有广泛的应用前景。未来，左手材料将会在无线通信的发展中起到不可忽略的作用。
分形（Fractal ），源于拉丁词语fractus ，意思是不规则支离破碎形。其概念由法国数学家B.Mandelbrot 提出，用以描述人们在研究自然和科学实验中遇到的无法用传统欧式几何描述，却具有某种自相似特性（局部形态与整体形态相似）的不规则结构和现象[7]。利用分形原理，可以设计出大量形状各异的分形图案。
目前，大部分特异媒质的设计为由平面单元组成的周期性结构，但在工程运用中，如何设计特异媒质却一直是一个难点，本文正是探索利用分形图案设计特异媒质中的左手材料。
1两种新的分形图案设计
分形理论是当今十分风靡和活跃的新理论。其最
基本的特点是用分形分维的数学工具来描述研究客观事物。构造分形的方法很多：迭代函数法、文法构图法、
基于分形的左手材料设计
陈
华1，贾
佳2，贾媛媛1，陈喆思3
（1.成都军区疾病预防控制中心，四川成都
610021；2.空军装备部综合计划部信息中心，北京
100843；
3.成都军区总医院康复医学科，四川成都
610083）
摘
要：为了寻找一种设计出特异媒质单元结构的可行方法，利用分形理论中的文法构图法，采用不同的公理和改写
规则，设计出两种全新的分形图案，之后将其周期性地分别蚀刻在介质板两面，通过电磁仿真软件HFSS 得到其散射参数的幅值和相位，利用等效参数提取软件提取其等效参数，成功构造出特异媒质中的一类，即左手材料，且在5.5～6GHz 频率下其等效介电常数和等效磁导率均为负。利用分形理论构造特异媒质单元结构的方法是方便可行的，且图形有无穷可能性。
关键词：分形；左手材料；等效介电常数；等效磁导率中图分类号：TN82?34
文献标识码：A
文章编号：1004?373X （2015）08?0096?03
Left ?handed metamaterials design based on fractal geometry
CHEN Hua 1，JIA Jia 2，JIA Yuan?yuan 1，CHEN Zhe?si 3
（1.Center of Disease Control and Prevention ，Chengdu Military Region ，Chengdu 610021，China ；
2.The information Center of Comprehensive Plan Office of Air Force Equipment Department ，Beijing 100843，China ；
3.Department of Rehabilitation Medicine ，General Hospital of Chengdu Military Region ，Chengdu 610083，China ）
Abstract ：To find a feasible way to design metamaterial structure ，by using different axioms and rewriting rules ，two kinds of new fractal pattern were designed ，and then periodically etched in the medium plate on both sides respectively.The ampli?tude and phase of scattering parameter were obtained with electromagnetic simulation software HFSS.The equivalent parameter is extracted with the equivalent parameter extraction software.The left?handed metamaterial in peculiar medium was successfully constructed ，whose equivalent dielectric constant and equivalent permeability are both negative under 5.5~6GHz frequency.The method to construct metamaterial structure by using fractal theory is convenient and feasible ，and the graphics have infinite pos?
sibility.
Keywords ：fractal ；left?handed metamaterial ；effective permittivity ；effective permeability
收稿日期：2014?10?15
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