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异向介质等效电路理论及实验的研究

作　者: 陈红胜
导　师: 孔金瓯；冉立新
学　校: 浙江大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 异向介质负折射率等效电路模型负介电常数负磁导率开路环谐振器
分类号: O441.4
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

在宇宙万物中,其宏观的电磁参数特性均可采用如下最基本的物质本构方程来概括: (?)其中(?)、(?)、(?)和(?)表示的是介质在各个方向电磁特性的张量,它们可以是复数的,也可以是与频率有关的。由于每个张量分别包含了18个实数变量,因此,描述介质的电磁参数特性总共可以采用72个实数变量来概括。如果是各向同性物质,其本构方程简化为: (?)一般来说,在自然界中,物质的ε与μ的实部变量都为正值,当然也有例外,如在低频频段,等离子体介质的ε为负。如果仅仅是ε为负或者仅仅是μ为负时,电磁波在这类介质中衰减很快,不能传播。然而,如果ε与μ同时为负时,电磁波在这类介质中仍旧可以传播。1968年,Veselago从理论上系统地研究了这类介质所具有的不同寻常的电磁特性,如:逆斯涅尔折射(Reversed Snell Refraction)效应、逆多普勒效应(Reversed Doppler Effect)以及逆契仑可夫辐射(Reversed Cerenkov Radiation)等等,Veselago把这类介质命名为Left-handed material。然而,由于自然界中找不到这种物质,Veselago的研究结果一直沉睡了近三十年。直到最近,第一块具有这种不同寻常特性的人工介质的出现才重新唤起了科学家对这个研究领域的兴趣,这类介质的研究也成为当前微波与光学领域中的前沿与热点问题。孔金瓯(J.A.Kong)教授在详细研究了电磁波在这类介质中传播特性的基础上,建议命名其中文名称为“异向介质”,以突出电磁波在这种介质中传播时所表现出的不同于传统媒质的各种“异向”效应与“奇异”特性。由于其潜在的利用价值和广泛的应用前景,异向介质的发现被美国《科学》杂志评为2003年度十大科技突破之一。在异向介质研究领域里,实验工作的重要性是显而易见的。然而,到目前为止,有关异向介质的实验研究相对于理论研究要少之又少,这主要是目前没有性能良好的异向介质样品,使实验的验证和测量变得非常困难。因此要

全文目录

第一章绪论  13-23
  1.1 本文的研究背景  13-21
  1.2 论文的目的、意义及内容  21-23
第二章异向介质的电磁学基础  23-43
  2.1 异向介质基本概念  24-25
  2.2 异向介质的电磁特性  25-30
    2.2.1 逆Snell折射  26-28
    2.2.2 逆Doppler效应  28
    2.2.3 逆Cerenkov辐射效应  28-29
    2.2.4 逆 Goos-HAnchen位移效应  29-30
  2.3 异向介质的构造  30-37
    2.3.1 等效负介电常数物质-金属棒阵列  30-33
    2.3.2 等效负磁导率物质-开路环谐振器阵列  33-37
  2.4 异向介质的范畴  37-42
    2.4.1 相速度负折射、群速度负折射  37-39
    2.4.2 相速度负折射、群速度正折射  39-40
    2.4.3 相速度正折射、群速度正折射  40-41
    2.4.4 各向异性正介质与空气交界面处发生负折射  41-42
  2.5 本章小结  42-43
第三章异向介质等效电路理论  43-71
  3.1 异向介质等效电路模型背景介绍  43-44
  3.2 一维SRR结构的等效电路模型分析  44-49
  3.3 包含多个电流环路异向介质的等效电路模型分析  49-66
    3.3.1 S型谐振结构  49-58
    3.3.2 S型谐振器的衍生结构系列  58-66
  3.4 多维 SRR结构的等效电路模型分析  66-70
  3.5 本章小结  70-71
第四章 S型异向介质研究  71-85
  4.1 S型异向介质研究背景  71-72
  4.2 S型异向介质数值模拟及分析  72-76
  4.3 S型异向介质实验及分析  76-80
  4.4 S型异向介质稳定性研究  80-83
  4.5 S型异向介质理论分析  83-84
  4.6 本章小结  84-85
第五章超宽带异向介质研究  85-95
  5.1 “砖墙”型异向介质的研究  85-93
    5.1.1 “砖墙”型异向介质的设计、仿真和实验  85-90
    5.1.2 “砖墙”型异向介质稳定性研究  90-92
    5.1.3 “砖墙”型异向介质理论分析和讨论  92-93
  5.2 本章小结  93-95
第六章多通带异向介质特性的研究  95-103
  6.1 双通带异向介质的设计、实现和验证  95-99
  6.2 多通带异向介质的实现方法探讨  99-101
  6.3 本章小结  101-103
第七章异向介质实验方法研究  103-125
  7.1 功率透射实验和棱镜折射实验方法  103-108
    7.1.1 功率透射实验方法  103-105
    7.1.2 棱镜折射实验方法  105-108
  7.2 T型波导实验方法  108-117
    7.2.1 T型波导实验装置和测量结果  108-111
    7.2.2 T型波导 FDTD仿真结果  111-117
  7.3 其他测量方法  117-124
    7.3.1 波束位移实验方法  117-121
    7.3.2 等效参数提取实验方法  121-122
    7.3.3 相位跟踪测量方法  122-123
    7.3.4 聚焦法  123-124
  7.4 本章小结  124-125
结束语  125-127
参考文献  127-139
致谢  139-140
作者攻读博士学位期间发表的主要学术论文  140-143

异向介质等效电路理论及实验的研究

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