异向传输线理论与实现方法研究

论文摘要

异向介质是等效介电常数和等效磁导率同时为负数的人造介质,是物理学和电磁学领域的一个新兴的研究热点。异向介质具有许多异于普通介质的特殊性质,如负折射率、逆多普勒效应、逆切伦科夫辐射以及相速度与群速度的方向相反等等。目前,主要有两种方式实现微波异向介质:1.金属棒(ROD)和开路谐振环(SRR)的阵列结构;2.基于传输线的结构。一维的异向介质又被称为异向传输线,异向传输线是异向介质最可能被广泛应用的形式,现有被提出的异向介质的应用几乎都以异向传输线形式实现的。本论文分析了微波异向介质所具有的一些特殊电磁特性,着重分析了实现异向介质的两种方法,在此基础提出新的基于金属波导的异向介质传输线的结构,并对异向介质传输线的应用做了一些理论探讨。本论文以异向介质的基本理论为研究基础,着眼于被广泛的应用的一维异向介质结构。根据异向介质的传输线理论,通过在普通传输线上周期加载等效的串联电容、并联电感,使之在一定频段内实现等效介电常数和磁导率同时为负。为了避免大多数微带线结构的高损耗特性,论文中提出基于同轴波导的新型封闭、全金属结构,并通过基于三维有限元法的仿真得到其左手通带,同时利用等效电路法证明其一致性。异向介质的特殊性质决定了它必将在微波电路中有广阔的应用前景。论文中利用提出的同轴结构异向介质,通过优化、改进设计出新型的带通滤波器。该滤波器具有小尺寸、结构简单、低损耗等优良特性,仿真结果也得到了较好的滤波器参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 异向介质概述
• 1.2 异向介质的研究现状及其进展
• 1.3 本论文目的及意义
• 1.4 本论文的结构和内容
• 第二章 异向介质的基本理论
• 2.1 异向介质的定义及基本概念
• 2.2 异向介质的电磁特性
• 2.2.1 逆Snell折射
• 2.2.2 逆Doppler效应
• 2.2.3 逆Cerenkov辐射效应
• 2.2.4 逆Goos-H（a|¨）nchen位移效应
• 2.3 本章小结
• 第三章 异向介质的实现
• 3.1 异向介质的金属结构模型
• 3.1.1 等效负介电常数—金属棒阵列
• 3.1.2 等效负磁导率—开路谐振环阵列
• 3.1.3 小结
• 3.2 异向介质的电路模型
• 3.2.1 传统的传输线模型
• 3.2.2 异向介质结构的传输线模型
• 3.2.3 金属结构异向介质的模拟传输线模型
• 3.2.4 小结
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于同轴波导异向传输线
• 4.1 异向传输线
• 4.2 异向传输线的基本原理
• 4.3 异向同轴波导设计
• 4.4 异向同轴波导结构仿真
• 4.5 带通滤波器设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果