[发明专利]一种通过调制等离子体频率设计网格结构人工材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人工材料的设计方法，特别涉及一种通过调制等离子频率ωp来设计所需要的周期网格结构人工材料的方法。 

背景技术

人工电磁材料具有自然界物质所没有的奇异电磁特性，这些奇异的电磁特性及其潜在应用得到了科学界和工业界的广泛关注，主要的材料包括左手材料、负折射率材料、负磁导率材料等，可用于超分辨成像、超高方向性定向辐射等众多领域。通常，实现人工材料的基本途径包括对其介电常数ε和磁导率μ的调节两方面，由于ϵ=1-ωp2/ω2,]]>其中ω为入射电磁波的频率，可以知道调制等离子体频率ω_p是调节介电常数的一个重要基本方法；所以调制等离子体频率ω_p是实现人工材料的一个重要参数。1996年，Pendry等提出周期排列的细金属线可以有效地调节人工电磁材料的等离子体频率，从而可以有效地改变材料的介电常数，获得所需要的人工电磁材料；该方法只能设计圆形截面的金属细线，然而在实际应用中，由于加工工艺的限制和加工方法的多样性，金属线横截面的形式复杂，且目前没有十分有效的方法通过设计任意金属线截面周期结构材料的等离子体频率来实现所需要的人工材料。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前在设计周期结构材料方面的限制，提出了一种通过调制等离子体频率的方法来设计截面为任意形状的金属线所组成的周期结构材料。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种通过调制等离子体频率设计网格结构人工材料的方法，其特征在于：包括下列步骤： 

(1)假设所需的等离子体频率为ω_p； 

(2)选择金属线材料，并将其组成网格结构； 

(3)根据公式(1)可以获得该等离子体频率与金属线之间的关系： 

ωp2=2πϵ0μ0S[ln(12·π·S)-l28·π·S+12]---(1)]]>

其中，S为一个金属线网格单元的面积，ε₀和μ₀为真空中的介电常数和磁导率，l为金属线截面周长； 

(4)通过选择S和l的组合，可以得到所需的等离子体频率； 

(5)根据金属线截面的具体形状，确定金属线的尺寸； 

(6)确定单元网格的个数，及网格之间的排布方式；