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非互易超表面设计

非互易超表面设计 微波工程仿真
2025-06-20
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导读:非互易超表面是一种具有方向依赖性电磁响应的人工二维结构,能够打破洛伦兹互易性,实现电磁波的非对称传输、吸收或相



非互易超表面是一种具有方向依赖性电磁响应的人工二维结构,能够打破洛伦兹互易性,实现电磁波的非对称传输、吸收或相位调制。

目录



  • 铁氧体的非互易性基础
  • 结构设计与工作原理
  • 参考资料



*

As shown below👇

*铁氧体的非互易性基础

铁氧体是一种磁性材料,在外加磁场(此处沿y轴磁化)下表现出张量磁导率,导致电磁波传播特性依赖于方向:


旋转传播效应:当电磁波(TE极化,电场沿y轴)沿z轴传播时,铁氧体使波的极化面发生旋转(法拉第旋转)。


磁化方向决定旋转方向:向上磁化(+y)→ 顺时针旋转;向下磁化(-y)→ 逆时针旋转(图2(a))。


非互易性根源:正向传播(Port 1→Port 2)和反向传播(Port 2→Port 1)的波经历不同的旋转路径,导致传输特性不对称。





*结构设计与工作原理

单元结构

铁氧体圆柱:置于单元中心,磁化方向垂直于传播方向(y轴)。

棋盘格贴片阵列:

十字缝隙(Cross-slit):位于一侧,形成低频阻带(~6.5 GHz)。

十字贴片(Crosspatch):位于另一侧,形成高频阻带(~7.4 GHz)。


非互易传输机制

正向传播(Port 1→Port 2):

铁氧体将波旋转至十字缝隙侧,缝隙结构在6.5 GHz附近表现为阻带,波被反射/吸收。

十字贴片侧对低频透明,允许高频通过。

反向传播(Port 2→Port 1):

铁氧体将波旋转至十字贴片侧,贴片结构在7.4 GHz附近形成阻带,波被阻断。

十字缝隙侧对高频透明,允许低频通过。

关键点

方向-频率耦合:通过铁氧体旋转控制波与不同贴片的相互作用,实现不同频率下的方向选择性阻带。

极化依赖性:仅对TE波(电场平行于磁化方向)有效,TM波表现为传统带通。



参考文献



[1] K. Takahagi and A. Tennant, "Proposal and Demonstration of a Frequency-Selective Surface With Nonreciprocity Depending on Direction and Frequency," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 73, no. 6, pp. 3717-3729, June 2025, doi: 10.1109/TAP.2025.3530756.

        



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微波工程仿真
关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。
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