超材料特性參數(shù)理論描述及其驗證算法研究.pdf

1、眾所周知，在自然界中絕大部分的材料其介電常數(shù)和磁導率均為正值，而電磁超材料作為一種人工合成材料，在一定的頻域內其介電常數(shù)和磁導率均表現(xiàn)為負值，并具有常規(guī)材料所不具備的一些特性。由于這些新穎的特性，科學家對此進行了廣泛而深入的研究，并取得了突破性進展。本文通過電磁理論公式的推導、超材料單元的仿真和超材料參數(shù)的非線性擬合處理，對超材料進行特性參數(shù)理論描述及其驗證算法的研究。
　　本文的主要研究內容包括：
　　1.本文以超材料的基

2、本電磁理論為基礎，介紹超材料的定義及其電磁特性，對超材料的實現(xiàn)進行論述，并對三種超材料特性參數(shù)提取方法進行闡述和分析。
　　2.本文對周期性電諧振單元、周期性磁諧振單元和周期性電磁耦合單元構成的三種不同結構的超材料進行特性參數(shù)理論描述。由于諧振單元存在磁反諧振、電反諧振或電磁耦合現(xiàn)象，沿用傳統(tǒng)的電磁理論公式會造成極大誤差。本文以Maxwe ll方程組的場分析為基礎，對超材料進行理論描述。對于介質厚度h很小的超材料，介質中的介電常數(shù)

3、和磁導率等效為平面內的電流和磁流，通過線性疊加原理得出的總電場和總磁場確立空間內色散關系，進而理論上得出電諧振、磁諧振結構的超材料特性參數(shù)表達式和電磁耦合結構的本構矩陣理論公式。
　　3.本文利用非線性擬合技術，提出了一種基于超材料特性參數(shù)理論描述的驗證算法。通過S參數(shù)逆推法和本文推導的特性參數(shù)理論公式，結合非線性擬合技術，分別得到三種不同結構的超材料關于介電常數(shù)、磁導率和折射率的曲線圖。對特性參數(shù)理論值曲線和提取值曲線進行驗證分