HFSS新型人工电磁媒质的滤波器的设计与仿真(4)
2 左手材料介绍
2．1 左手材料与新型人工电磁媒质的关系
图2.1象限分布图
前面我们已经知道新型人工电磁媒质是由一些人工制成的金属结构模拟而成的介质原子构成的，通过调整这些金属结构的排列顺序可以得到介电常数或磁导率为负值的电磁媒质。在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数和磁导率都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系，因此这样的物质被称为右手材料。如前文所常提到的那样，经过人工改造，我们可以得到介电常数和磁导率都为负值的材料，此时，电场、磁场和波矢三者这间将构成左手关系，称这样的材料为左手材料[4]。由于左手材料的特点是介电常和磁导率都是负数，因此我们也可以称其为“双负材料”。
简而言之，根据介电常数和磁导率的正负值可以分为四个象限，传统的电磁媒质的介电常数和磁导率大多均为正值，处于第一象限中。而新型人工电磁媒质的介电常数或磁导率都可以是负值，因此它可以在第二、三、四象限。左手材料的介电常数和磁导率均为负值，处于第三象限。因此，新型人工电磁材料包括左手材料，及一些左右手复合的基于人工制造的新型材料。2．2 左手材料的特性2.2.1 负折射特性
图2.2.1-a 正折射情况 图2.2.1-b 负折射情况
由麦克斯韦及介质方程可以得到
k×E=Hωμμ0
k×H=-Eωεε0
从上式可以看出，当ε和μ同时小于零的时候，左手材料中的波矢K与波印廷矢量S=E×H的方向相反，即它们的群速度和相速度方向相反[5]。通过将一束平面单色波入射到两个介质交界面的实验可以得出：如图2.2.1-a所示为正常折射情况，此时入射光线与折射光线位于法线两边；而相反地，如图2.2.1-b所示，折射光线与入射光线位于界面法线同侧，即相当于折射角为负值，这就是新型人工电磁媒质的负折射率特性。
2.2.2 多普勒反常特性
由多普勒效应我们知道，当波源和观察者不断接近的时候，观察到的振动频率会增加，反之，当两者相互远离的时候，观察到的振动频率则会减少。例如，当一列火车迎面而来的时候，频率不断增加，音调会变高；反之，笛声的频率不断减小，音调相应地变低。但由于左手材料的波的相速度和群速度方向相反，所以如果两物相向而行，观察者接收到的频率反而会降低，而反之则会升高；这就是左手材料多普勒反常特性。
图2.2.2-a 正常多普勒效应
如图2.2.2-a，正常情况下当火车远离时，由于多普勒效应，声波频率逐渐变低，人们声觉上的感受也越越来越不明显，声音尖锐度下降。
图2.2.2-b 反常多普勒效应
相反地，如图2.2.2-b，在左手媒质中，当火车远离时，出现反常多普勒效应，声波频率不是变低，反而是不断增强，人们在声觉感受上也越来越强烈，声音尖锐度上升。
2.2.3切伦科夫辐射反常特性与光压效应