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近零材料(epsilon-near-zero,ENZ)是一种介电常数接近零的超材料,是电磁学领域的一个新兴研究热点,具有许多异于普通媒质的特殊性质,比如电磁压缩和超耦合特性,角度滤波和波形变换特性,对它的理论和应用研究引起了国内外学术界的广泛关注。
本文综述了ENZ材料的特性,并在此基础上研究了ENZ材料在天线和电磁器件中的应用,得到以下研究结果:
1.利用时域有限差分法模拟了ENZ材料对天线性能的影响,仿真结果表明在偶极子上覆盖一层ENZ材料,可以提高天线的方向性;并且基于ENZ材料的多个线源或偶极子组成的天线阵不但可以实现波形变换,而且可以改善辐射性能。
2.分析了二维平行板波导与近零材料的电磁相互作用,通过改变近零材料区平行板波导的几何形状,发现二维平行板波导存在低频谐振峰、特征峰和高频谐振峰,低频峰的位置由近零材料决定,高频峰的位置由几何形状决定。
3.基于ENZ材料的超耦合特性,提出了光传感器和光功分器两个应用方案,在1.2μm-2μm波段,光传感器的灵敏度为△λ/△ε=100nm;在1.3μm波段,光功分器的插入损耗接近0dB。
以上仿真结果表明ENZ材料具有特异的电磁性能,可用于改善天线性能、设计传感器和功分器,有望在通信和电磁器件领域得到广泛应用。