左手材料基本特性及其在微帶天線中應用研究.pdf

1、左手材料(LHMs)是一種介電常數(shù)和磁導率同時為負的人工復合結(jié)構(gòu)材料，由于其中傳播電磁波的相速度和群速度方向相反，從而表現(xiàn)出一系列反常的電磁特性。如反常Doppler效應、反常Cherenkov輻射、反常Goos-H(a)nchen位移、負折射效應和完美透鏡效應等。LHMs的發(fā)現(xiàn)被美國《科學》雜志評為2003年度十大科技突破之一，是當前物理與電磁學研究領域中的前沿與熱點問題。 本論文主要研究了組成左手材料之一的負介電常數(shù)材料的微

2、波響應行為，左手材料中的禁帶現(xiàn)象，左手材料的空間電磁響應行為，左手材料的折射率、介電常數(shù)、磁導率的計算及左手材料在微帶天線上的應用。得到了以下研究結(jié)果： 1.設計并制備了帶狀周期性排列的金屬桿，實現(xiàn)了負介電常數(shù)。理論模擬了金屬桿厚度、寬度、晶格常數(shù)與等離子頻率的關系；實驗研究了帶狀金屬桿的長度、晶格常數(shù)、線寬與諧振頻率的關系。 2.設計并制備了開口諧振環(huán)(SRRs)和金屬桿周期排列而成的LHMs，發(fā)現(xiàn)當SRRs與桿的相對

3、位置不對稱時，在左手特性區(qū)域內(nèi)可觀測到禁帶，并且發(fā)現(xiàn)此禁帶出現(xiàn)與否和禁帶出現(xiàn)的位置與SRRs與桿的相對位置有關。 3.研究了微波段左手材料的空間電磁諧振行為 (1)研究了周期性排列的金屬開口諧振環(huán)的空間電磁諧振行為，實現(xiàn)了負磁導率。并研究了開口諧振環(huán)的開口、外環(huán)內(nèi)切圓直徑、內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑等幾何參數(shù)對其空間電磁諧振行為的影響。 (2)研究了周期性排列的金屬桿陣列的空間電磁諧振行為，實現(xiàn)了負介電常數(shù)。 (3)

4、研究了左手材料的空間電磁諧振行為，在微波段實現(xiàn)了介電常數(shù)和磁導率同時為負。且通過調(diào)節(jié)開口諧振環(huán)和桿的幾何參數(shù)可實現(xiàn)不同頻段的左手特性區(qū)域。 4.找到了一種計算左手材料折射率、介電常數(shù)、磁導率的方法，并用CST軟件進行了模擬計算，得到左手材料的折射率為負。 5.研究了左手材料在微帶天線上的應用，將左手材料、負磁導率材料引入普通微帶天線設計之中，對天線進行了改造，并測試了其性能。相比于普通微帶天線，天線的帶寬增加，匹配性能得