二维超材料电磁特性及其典型器件设计

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超材料是一种介电常数ε和磁导率μ可为正、零或负的材料,在自然界不存在,但可以由人工合成得到。虽然在十九世纪六十年代,介电常数γ和磁导率μ同时为负的超材料概念被V.G.Veselago提出来,但是由于自然界中没有这样的介质,所以V. G. Veselago的理论研究三十多年来一直淹没在历史文献的烟海中,没有受到学术界的广泛重视。伴随第一个ε和μ小于零的超材料(左手材料)被人工实现,在电磁学界超材料己成为一个引人注目的前沿研究领域。在2002年,采用传输线结构实现超材料的新方法被提出来,为实验研究超材料开拓了一个更为广阔的领域。特别是传输线结构的左手材料与电磁波应用的紧密结合,对电磁器件的设计与实现起到了巨大的推动作用。应用左手传输线方法制造的电磁器件具有不少新的独特性质,如频带宽、损耗低等。基于二维LC传输线网络思想,研究了用LC网络验证超材料特性及其典型电磁器件的设计方法。主要工作如下:首先对左手材料的相关电磁特性进行了简单分析介绍,并对左手材料的镜像、负折射等现象进行仿真验证。其次,采用该方法结合ADS射频仿真软件对二维超材料典型器件(电磁门、隐形斗篷)进行仿真验证。最后,在该方法的基础上,设计出新型的电磁器件二维开腔谐振器,使用软件得到仿真电压分布结果,同时,我们还制作出了二维开腔谐振器电路板,并进行了测试试验,测得其电压分布,与仿真结果进行对比得出结论。同时总结了本文的研究工作,指出了下一步的研究方向。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
目录第6-8页
第一章 绪论第8-13页
    1.1 引言第8页
    1.2 论文的研究背景与意义第8-9页
    1.3 国内外研究应用与现状第9-11页
        1.3.1 国内外研究应用第9-11页
        1.3.2 国内研究概况第11页
    1.4 论文主要研究内容第11-12页
    1.5 论文的组织结构第12页
    1.6 本章小结第12-13页
第二章 二维超材料基础理论介绍第13-39页
    2.1 左手材料的定义及相关效应第13-19页
        2.1.1 左手材料的定义第13-14页
        2.1.2 逆斯涅尔(Shell)定律:负折射第14-15页
        2.1.3 逆Goos-Hanchen位移效应第15-17页
        2.1.4 逆Doppler效应第17-18页
        2.1.5 逆Cerenkon辐射效应第18-19页
        2.1.6 负光压效应第19页
    2.2 左手材料的特性第19-26页
        2.2.1 左手螺旋关系第19-22页
        2.2.2 左手材料的色散特性第22-24页
        2.2.3 左手材料的负折射及验证第24-26页
    2.3 LC网络左手传输线的结构及研究方法第26-36页
        2.3.1 一维理想右手传输线的特性参数第27-29页
        2.3.2 一维理想左手传输线的特性参数第29-30页
        2.3.3 二维传输线结构网络分析方法第30-33页
        2.3.4 二维左手传输线特性第33-36页
    2.4 使用LC网络验证左手材料成像第36-38页
    2.5 本章小结第38-39页
第三章 二维超材料典型器件的仿真实现第39-53页
    3.1 电磁门的仿真实现第39-47页
        3.1.1 电磁门的理论基础第39-41页
        3.1.2 基于ADS软件的电磁门仿真与实现第41-43页
        3.1.3 基于KCL定理的二维超材料LC网络电磁门设计第43-47页
    3.2 隐形斗篷的仿真实现第47-52页
        3.2.1 LC传输线网络隐身斗篷的理论基础计第47-51页
        3.2.2 隐形斗篷基于ADS软件仿真第51-52页
    3.3 本章小结第52-53页
第四章 超材料开腔谐振器的设计与实现第53-58页
    4.1 开腔谐振器的相关理论与设计第53-55页
    4.2 开腔谐振器的仿真与实验第55-57页
    4.3 本章总结第57-58页
第五章 总结与展望第58-59页
参考文献第59-64页
攻读硕士学位期间的科研和学术成果第64-65页
致谢第65页
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