[论文解读] 'Growing Evanescent Envelopes and Anomalous Tunneling' in Cascaded Sets of Frequency-Selective Surfaces in Their Stop Bands
本文提出了一种机制，用于解释级联频率选择表面（FSS）在禁带内工作时的异常隧穿效应及倏逝波包络的生长。通过传输线模型，证明了通过设计周期性和几何结构可诱导界面共振，类似于左手超材料中的现象，从而在存在带隙的情况下实现完全的波隧穿。
The presence of wave tunneling and the 'growing evanescent envelope' for field distributions in suitably designed, periodically layered stacks of frequency selective surfaces (FSS) is discussed in this paper. Here it is shown that a setup completely different completely different from the Pendry's lens allows an analogous buildup of evanescently modulated waves. In particular, it is shown how an interface resonance phenomenon similar to the one present at the interface between metamaterials with oppositely signed constitutive parameters may be induced by a proper choice of the periodicities of the FSS stacks and the geometrical properties of these surfaces. The analysis is performed through an equivalent transmission-line approach, and some physical insights into this phenomenon are presented. Salient features, such as the complete wave tunneling through the pair of cascaded FSS, each operating at its bandgap, are presented and discussed.
研究动机与目标
- 研究级联频率选择表面（FSS）在禁带内工作时的波隧穿特性。
- 探索周期性FSS堆叠中倏逝波包络的产生机制。
- 识别在不依赖Pendry透镜或左手材料的前提下发生异常隧穿的条件。
- 建立传输线模型，用于分析具有设计周期性和几何结构的FSS堆叠中的波行为。
- 证明可通过在FSS系统中诱导界面共振，实现类似于具有相反符号参数的超材料中的现象。
提出的方法
- 采用等效传输线模型表示周期性FSS堆叠，并分析波的传播特性。
- 设计FSS层的周期性和几何参数，以在界面处诱导共振条件。
- 分析禁带中的色散关系与场分布，以识别倏逝波的增幅与隧穿效应。
- 利用传输线方法推导系统的等效阻抗与传播常数。
- 将FSS堆叠的行为与具有相反符号本构参数的左手材料进行比较。
- 通过数值分析与场分布图验证理论结果。
实验结果
研究问题
- RQ1当每一层FSS均处于其禁带时，波是否仍能通过级联FSS结构隧穿？
- RQ2在周期性FSS堆叠中，倏逝波的振幅在何种条件下会增长？
- RQ3如何在FSS系统中设计界面共振以模拟超材料的特性？
- RQ4周期性与几何设计在实现禁带介质中异常隧穿时起到何种作用？
- RQ5传输线模型在多大程度上能准确预测此类FSS配置中的波行为？
主要发现
- 通过一对级联的FSS实现完全波隧穿，尽管每一层均在禁带中工作，这是由于界面处的共振耦合所致。
- 倏逝波包络在FSS堆叠内呈指数增长，与带隙材料中典型的指数衰减相反。
- 该现象源于通过设计诱导的界面共振，其行为类似于具有相反符号本构参数的材料。
- 传输线模型成功预测了增长倏逝模态与异常隧穿的出现。
- 该系统对周期性与几何参数具有强依赖性，以实现共振隧穿。
- 通过场分布分析验证了结果，且与周期性结构中有效介质行为的理论框架一致。
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