异向介质的电磁特性及应用研究

论文摘要

异向介质的成功制备引发了各国科学家的高度关注和激烈讨论,其相关研究也被《Science》评为了2003年和2006年年度十大科技进展。本文以异向介质的电磁特性及应用为研究对象,主要的贡献包括以下方面:1.推导了含有异向介质分层结构格林函数的一般形式,重点阐述了异向介质基底结构中格林函数计算的离散复镜像方法,并对混合位积分方程矩量法在异向介质微带结构中的应用作了分析。2.研究了毫米波异向介质基底微带天线的新型辐射特性,提出了微带天线作为高指向性天线的应用;分析和设计了含有异向介质双层基底亚波长谐振腔微带天线,并讨论了其在天线带宽方面的改善以及目标探测方面的优势。3.给出了TEM波作用下开口谐振环(SRR)异向介质的解析分析,揭示了虚波数引起SRR异向介质谐振特性的事实,对具有六种不同摆向的SRR异向介质的谐振响应做出了统一的物理解释。4.研究了含有SRR异向介质平行平板波导和矩形波导中的导波模特性,指出了横电波和横磁波的无截止频率传播和增大的单模传输范围。给出了加载SRR异向介质H形波导的全波分析,重点阐述了纵剖面磁波型和纵剖面电波型的慢波传输、能量关系、异常高次模及漏波抑制等特性。5.分析了SRR异向介质中Floquet模传播特性,从电磁波传播角度得出了凋落模是引起异向介质谐振响应的原因。并通过仿真计算,研究了任意入射波照射下SRR异向介质的谐振响应。6.将SRR结构引入频率选择表面(FSS)的设计中,实现了FSS的多频带特性。通过对FSS的传输频谱的研究,重点阐述了这种FSS谐振响应与SRR结构参数及入射平面波特性之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 左手螺旋关系
• 1.1.2 逆Snell 折射效应
• 1.1.3 逆Doppler 效应
• 1.1.4 逆Cerenkov 辐射效应
• 1.2 研究现状及进展
• 1.2.1 异向介质的理论研究
• 1.2.2 异向介质的工程实现
• 1.2.3 异向介质的应用开发
• 1.2.4 国内研究概况
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 异向介质分层结构中的电磁理论及现象分析
• 2.1 引言
• 2.2 异向介质平板中的电磁波传输
• 2.3 异向介质接地平板的表面波
• 2.3.1 TE 波传输方程的实极点和复极点
• 2.3.2 TM 波传输方程的实极点和复极点
• 2.4 异向介质亚波长谐振腔分析
• 2.5 小结
• 第三章 异向介质基底微带天线的特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 异向介质微带结构中的矩量法
• 3.2.1 分层介质格林函数的一般形式
• 3.2.2 异向介质基底结构中格林函数计算的离散复镜像方法
• 3.2.3 混合位积分方程的矩量法
• 3.3 毫米波异向介质微带天线的新型辐射特性
• 3.4 含有异向介质双层基底亚波长谐振腔微带天线
• 3.5 小结
• 第四章 异向介质的谐振特性及在导波结构中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 异向介质谐振特性的解析分析
• 4.3 填充异向介质平板波导和矩形波导中的特性研究
• 4.3.1 TM 和TE 波的耦合方程
• 4.3.2 无截止频率的传播模式
• 4.3.3 增大的单模传输频带范围
• 4.4 加载异向介质H 形波导的特性研究
• 4.4.1 LSM 和LSE 波的传输方程
• 4.4.2 慢波传输及能量关系
• 4.4.3 高次模传输及漏波特性
• 4.5 小结
• 第五章 任意入射波照射下的异向介质及多频带频率选择表面
• 5.1 引言
• 5.2 异向介质中的Floquet 模传播特性
• 5.3 异向介质谐振响应的Floquet 模分析
• 5.3.1 主平面的斜入射平面波作用
• 5.3.2 任意平面的斜入射平面波作用
• 5.4 基于异向介质的多频带频率选择表面
• 5.4.1 开口谐振环结构对频率选择表面谐振特性的影响
• 5.4.2 任意入射波对频率选择表面谐振特性的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本论文主要工作
• 6.2 后续工作和展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果