HFSS新型人工电磁媒质的滤波器的设计与仿真(3)
1．3 新型人工电磁媒质发展背景与历史
人们对于新型人工电磁媒质的思考首先就是如前文所说的设想当介电常数与磁导率均为负数时媒质将会有什么样的神奇特性。在这一领域V.G.Veselago是被公认的先驱者之一，1968 年，前苏联科学家Veselago对电磁波在介电常数和磁导率同时为负的媒质中的传播特点作了理论研究并分析了电磁波在拥有负磁导率和负介电常数材料中传播的情况，对电磁波在其中传输时表现出的电磁特性进行了阐述。这次的理论研究在人工电磁材料的发展过程中取得了重大突破。
然而新型人工电磁材料的发展并不是一帆风顺的，由于一直缺乏有效的实物性的验证，新型人工电磁材料一度只是停留在理论研究阶段，没有得到研究学者们的关注，直到1999 年，英国皇家学院的Pendry 等提出的具有双负特性的左手材料结构理论,即用金属线来实现负介电常数，用开口谐振环( split ring resonator，简记为SRR) 的磁谐振来实现负磁导率，并提出了相应的理论。Smith 等人根据Pendry 等提出的理论模型设计出了SRR 和金属线阵列构成的左手材料结构，并通过棱镜实验验证了这种结构的负折射系数[2]。新型人工电磁材料的发展才开始慢慢又重新回到人们的视线，并且发展越来越快！
在2002年，瑞士ETHZ实验室的科学家们宣布制造出了三文的左手材料，对电子通讯业产生了重大的影响；2003年更是左手材料取得重大进展的一年，研究人员在实验中直接观测到了负折射定律！此后，对新型人工电磁材料的研究不断深入，研究者们提出了各种各样不同的实现结构与理论模型，例如Marques等提出的可以避免双各向异性(bianisotropy) 的宽边耦合开口谐振环；Sauviac 等系统地建立了SRR 的理论模型；我们国内的研究工作者也不甘落后，亦在新型人工电磁材料的发展上做出了不小的贡献。如张富利等研究了谐振频率可调的环状SRR 及其效应；刘亚红等 用H 形结构单元同时实现了负磁导率和负介电常数[3]；
1．4 新型人工电磁媒质的应用
新型人工电磁媒质从被实验验证至今已经有十来年了，这一领域的发展也是越来越快，在各个学科领域也得到了越来越广泛的应用。新型人工电磁媒质可以应用在许多场合，目前在一文领域应用的最好，可以实现漏波天线、零阶谐振天线、分支线定向耦合器、左手传输线等等，并且利用互补式的结构可以制成传输线、频率选择表面、滤波器等，本文所要实现的带通滤波器也是新型人工电磁媒质广泛应用的一个实例；另外，在三文方面，也已经有了许多众大的进展，例如已经可以制造实现新型天线、隐身大衣、折射率渐变透镜等等；在光波段左手材料的实现也将有革命性的前景，左手材料能够突破衍射极限，可应用于超灵敏单分子探测器，也可用于探测极微量、微量污染具有危险性的生物化学药剂、以及医学领域诊断成像和血液中标症早期疾病的蛋白质分子等；左手材料还有望解决高密度近场光存储遇到的光学分辨率极限问题，可能制作出存储能量比现有DVD高几个数量级的新型光学存储系统。在微波波段，左手材料成功地实现了其在天线和探测器领域的应用，利用左手材料对电磁波的负折射效应，可以实现左手材料平板透镜，对电磁波波束汇聚，改善天线在远场区的辐射波束宽度，使得远场区波束更加尖锐，从而大幅改善天线的方向性，并提高天线辐射增益。目前，新型人工电磁媒质已经在微波频段获得了较大的成功，因此，人们开始把目光看向了其它的一些频段，希望在其它频段也能取得巨大的成功。现如今，在高频方向已经可以达到光学、红外、太赫兹等频段；而在低频方向可以达到兆赫兹甚至音频！在尺寸大小方面，依靠精密的加工技术新型人工电磁媒质已经可以做到纳米量级，并且还在不断寻求新的突破，相信不久的将来将能够实现真正意义上的负折射率媒质。