新型人工電磁材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計及實驗研究.pdf

1、新型人工電磁材料因其獨(dú)特的電磁特性，成為近幾年來國際物理學(xué)界、材料學(xué)界和電磁學(xué)界的研究熱點(diǎn)。新型人工電磁材料由周期排列的單元結(jié)構(gòu)組成，這些單元結(jié)構(gòu)在特定頻率上具有電磁響應(yīng)。通過設(shè)計單元結(jié)構(gòu)，可以方便地控制材料的等效介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和折射率等參數(shù)。新型人工電磁材料的出現(xiàn)為人們提供了自由支配材料電磁參數(shù)的能力，在它獨(dú)特的電磁特性之下蘊(yùn)含著廣闊的應(yīng)用前景。隨著人們對新型人工電磁材料理論研究和應(yīng)用開發(fā)的深入，它正逐漸成為人類控制和利用電磁波的有

2、力工具之一。 本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 首先是新型人工電磁材料單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計。分析了電諧振結(jié)構(gòu)和磁諧振結(jié)構(gòu)的基本工作原理，從等效電路的角度研究了各種參數(shù)對諧振結(jié)構(gòu)的影響。介紹了研究單元結(jié)構(gòu)電磁特性的主要方法，包括軟件仿真和參數(shù)提取。提出了小型化的電諧振器--彎曲線諧振器，它具有獨(dú)立的電響應(yīng)，通過增大結(jié)構(gòu)的等效電感，可以有效地降低諧振頻率。提出了一些各向同性的電磁諧振單元，它們具有中心對稱的形狀特點(diǎn)，能夠在兩個

3、正交方向上保持電磁響應(yīng)。軟件仿真和等效參數(shù)提取的結(jié)果驗證了它們的電磁特性。 其次，本文利用電、磁諧振結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了人工負(fù)折射率材料。分析了負(fù)折射率材料的基本特性，討論了如何放置電諧振結(jié)構(gòu)和磁諧振結(jié)構(gòu)以盡量避免耦合，從而保證設(shè)計的準(zhǔn)確性。利用彎曲線和開口環(huán)諧振器的組合實現(xiàn)了負(fù)折射率單元。提取的等效參數(shù)以及仿真得到的電場相位分布驗證了負(fù)折射率的存在。 然后，應(yīng)用人工零折射率材料設(shè)計了波前變換器。分析了零折射率材料的基本特性，提出