HFSS新型人工电磁媒质的滤波器的设计与仿真(2)
2.3.2 面缺陷对左手材料特性的影响 10
2.4 磁谐振器与电谐振器 11
2.5 小结 12
3 滤波器 13
3.1 滤波器介绍 13
3.2 滤波器参数 14
3.3 滤波器设计 15
3.3 滤波器优化 18
4 仿真实例 24
4.1 带通滤波器结构 24
4.2 带通滤波器效果 26
结论 27
致谢 28
参考文献29
1 引言
1．1 课题背景
带通滤波器是一种具有选频特性的器件，随着通信的发展， 频带日益紧张，这就使得对带通滤波器的指标要求越来越高。尤其是在接收机前端，带通滤波器性能的优劣直接影响到接收机整体性能的好坏。由于新材料、新工艺及半导体技术的迅猛发展，使得射频、微波电路的集成度越来越高，体积越来越小，对滤波器设计也提出了前所未有的挑战——更高的性能指标、更小的尺寸重量、更低的成本已成为新型滤波器必须满足的基本要求，传统的滤波器设计方法已经越来越不能满足现代科技的发展，由此我们必须拓展思路以设计出更加符合现代社会科技的发展需求。随着新型人工电磁媒质领域的不断发展，新型人工电磁媒质的许多神奇特性也逐渐地被人们所发现和利用，而在新型人工电磁媒质中左手材料的许多特性尤其突出。通过研究我们发现利用左手材料的这些特性完全可以用来设计构造性能更加良好的滤波器。基于这些理论依据，首先我通过对左手材料基本特性的了解掌握，设计满足频带带宽、中心频率的带通滤波器结构；进一步地，通过研究各种缺陷的引入对左手材料特性的影响，找出其中的一些规律，从而利用引入的缺陷影响滤波器的性能参数，达到优化插入损耗、回波损耗的效果；最后，利用HFSS实际得到仿真结果，从而实现带通滤波器的设计，满足现代科技的发展需求。
1．2 新型人工电磁媒质
什么是新型人工电磁媒质？顾名思义，新型人工电磁媒质是有别于传统的电磁媒质是新型的且是人为制造出来的电磁媒质。我们可以先了解一下传统的电磁媒质是什么样的。
众所周知，我们周边物理世界中的材料都是由原子或分子等微观结构构成的，这些原子分子本身的性质以及它们之间的组合方式决定了物质材料的基本特性。例如，这些粒子彼此的空间距离的大小决定了物质的聚集形态，由此有了固态、气态和液态这样的基本物质形态。同样地，对于固态来说，依照内部原子的排列方式可以有晶体和非晶体两种形式。晶体的内部原子排列的非常整齐，而非晶体的内部原子则排列的杂乱无章，因此，即便是由同样的原子构成的物质，其物理性质也有着天壤之别，例如同样是由碳原子构成的金刚石和石墨，它们在导电性、硬度、熔点等性质上都差别非常明显[1]。
对于电磁媒质，我们主要用介电常数和磁导率这两个参数来描述。介电常数反映媒质对外加电场的作用能力且介电常数的值主要由介质内部的电极化情况所决定；同样地，磁导率反映了媒质对外加磁场的作用能力且磁导率的值也主要是由介质内部的磁极化率所决定。由此，我们要想知道物质的电磁特性就可以通过研究介质内部的电极化率和磁极化率来获得，而这两种极化率也同样地是取决于介质原子自身特性和介质原子空间排列情况的。
在已知的世界中，存在的介质材料的种类是非常有限的，其介电常数和磁导率往往都是定值无法改变的，并且其介电常数和磁导率大多都是正值。随着现代科学技术的不断发展，我们对于介质的特性需求也越来越高，介电常数和磁导率都为正值的媒质已经越来越无法满足科技的需要。那么，既然原子的性质和空间排列决定介质的性质，而人为地去改变现有原子的排列结构似乎又不可能的情况下，那么我们能否人工地制造一些金属结构来模拟介质原子，并且将这些金属结构按照一定的排列顺序对其进行人工地排列，是否就能够得到宏观上我们所希望的介电常数和磁导率，从而构造出拥有期望的电磁特性的电磁媒质呢？答案是肯定的，通过这种方式制造的电磁媒质就是新型人工电磁媒质。