金属周期结构电磁超介质吸波体的设计及特性研究

论文摘要

目前,新型电磁超材料作为一种材料设计理念,由于其能够表现出不同于任何天然或传统材料的电磁特性,已开始为越来越多的学者所关注,并迅速成为国际上的一个研究热点。新型电磁超材料包括光子晶体、复合左／右手传输线、双负材料或称左手材料、电磁带隙结构、以及人工磁导体等,与电、磁、光性质相关联,为信息原件的新突破提供了一个新的契机。新型电磁超材料的设计和制备主要取决于其单元几何结构,这就为人们获得具有超常电磁性能的“新媒质”提供了一种新的设计理念,为人们操纵、控制光及电磁波提供了新途径。本文我们首先系统地研究了几何参量对金属短板对和连续金属线复合周期结构左手频带位置的影响；其次,提出了一种新型电磁超材料吸波体结构,并对其吸波特性进行了研究。主要研究成果如下：1.基于金属短板对和连续金属线（short-slab pair and continuous wires）复合周期性结构,通过改变金属短板对和连续金属线复合单元中基质材料及厚度、金属线长度和宽度、间距,分析周期结构参量对左手材料通带位置的影响,给出了变化规律。在一定范围内,减小连续金属板宽度、连续金属线长度或是增加连续金属线和金属板厚度,左手材料通带位置向较高频段偏移；增大金属板长度或连续金属线和金属板间距d时,左手材料通带峰值位置向低频偏移；将基板换用不同的材料,通带位置会随着基板材料ε的变化而变化。2.设计了一种“十字形-电介质-金属薄膜”三明治电磁超介质新型吸波体结构,研究了其吸波性能。通过数值模拟其散射参数发现透射参数在整个频段几乎为0,反射系数在24.19 THz和34.48 THz处分别出现两个波谷。计算吸收率得到整个仿真频段出现两个吸收峰,而且在34.48 THz处实现近似完美吸收,研究结果表明该吸波体具有双带强吸收特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 左手材料研究背景及意义
• 1.1.1 左手材料的概念
• 1.1.2 左手材料的研究背景
• 1.1.3 研究现状和意义
• 1.1.4 左手材料的实现
• 1.1.4.1 负介电常数结构的提出
• 1.1.4.2 负磁导率结构的提出
• 1.1.4.3 左手材料的实验实现
• 1.1.4.4 左手材料研究进展
• 1.2 电磁超材料吸波体的研究进展及意义
• 1.2.1 电磁超介质吸波体的研究背景和意义
• 1.2.2 电磁超介质完美吸波体的实现
• 1.2.3 电磁超介质吸波体的研究进展
• 1.3 本文工作内容
• 1.4 小结
• 2 周期性结构参量对左手通带位置影响的研究
• 2.1 引言
• 2.2 理论分析
• 2.3 单元结构参数和模拟环境
• 2.3.1 模拟环境设置
• 2.3.2 单元结构参数
• 2.4 模拟方法
• 2.5 模拟结果
• 2.5.1 连续金属线宽度对左手通带位置的影响
• 2.5.2 金属板宽度对左手通带位置的影响
• 2.5.3 连续金属线长度对左手通带位置的影响
• 2.5.4 金属板长度对左手通带位置的影响
• 2.5.5 连续金属线和金属板间距对左手通带位置的影响
• 2.5.6 连续金属线和金属板厚度对左手通带位置的影响
• 2.5.7 基板厚度对左手通带位置的影响
• 2.5.8 基板材料对左手通带位置的影响
• 2.6 小结
• 3 电磁超材料吸波体吸波特性研究
• 3.1 超材料吸波体的理论分析
• 3.2 电磁超材料吸波体的模型设计
• 3.2.1 模拟环境设置
• 3.2.2 单元结构参数
• 3.3 单元仿真结果及数据分析
• 3.4 小结
• 4 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及攻读硕士期间发表论文