改進電磁超材料反演算法的實現及驗證

摘 要：文章基于傳統開口諧振環和金屬條（SRR/MW）超材料結構提出一種基于經典反演法的改進算法，通過電磁仿真軟件HFSS提取模型的S參數，然后導入MATLAB反演程序，反演結果顯示在10GHz頻段周圍其等效介電常數和等效磁導率同時為負，與經典論文結果吻合。所提出的改進算法僅需要導出一個HFSS結果文件，反演速度和便利度顯著提高。

關鍵詞：超材料；反演算法；HFSS；MATLAB程序

1 概述

自從Veselago于1968年從理論上提出了超材料（MTM）的概念以來，因為其特殊電磁特性而越來越吸引著物理學界和材料界的廣泛重視[1-3]。通過反演超材料的有效電磁參數成為研究超材料的重要手段，相應的反演算法也被提出。Ziolkowski提出了NRW反演算法[4]，Smith隨后提出了基于傳輸矩陣的經典反演算法[5]，Chen又提出了改進算法[6]。

文章基于已有的反演算法的MATLAB程序[7]，提出一種基于經典反演法的改進算法，通過電磁仿真軟件HFSS提取模型的S參數，然后導入MATLAB反演程序。不僅結果與經典論文吻合，而且因為僅需要導出一個HFSS結果文件其反演速度和便利度顯著提高。

3 結束語

文章改進算法所反演的結果顯示在10GHz頻段周圍其等效介電常數和等效磁導率同時為負，與經典論文[5]結果吻合。驗證了所提出的反演程序的正確性。

參考文獻

[1]V.G.Veselago.The electrodynamics of substances with simultaneously negative values ofε and μ[J].Sov.Phys.Usp，1968，10：509.

[2]馬波，陽小明，李天倩，等.箭頭型超材料模型及其在無線電力傳輸中的應用[J].西華大學學報（自然科學版），2015，34（5）：47-50.

[3]馬波，陽小明，等.梯形超材料對微帶天線增益指標的改善[J].西華大學學報（自然科學版），2016，35（2）：34-38.

[4]Ziolkowski R W.Design，fabrication， and testing of double negative metamaterials[J].Antennas and Propagation，IEEE Transactions on，2003，51（7）：1516-1529.

[5]Smith D R，Vier D C.Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials[J].Physical Review E，2005，71（3）：036617.

[6]Chen X，Grzegorczyk T M，Wu B I，et al.Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials[J].Physical Review E，2004，70（1）：016608.

[7]李兵.多頻帶左手材料電磁特性研究[D].鄭州大學，2010.

*通訊作者：馬波（1988-），男，重慶人，碩士研究生，研究方向為電磁超材料結構設計及其在天線上的工程應用。