左手材料基本特性及其在微帶天線中應(yīng)用研究.pdf

1、左手材料(LHMs)是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，由于其中傳播電磁波的相速度和群速度方向相反，從而表現(xiàn)出一系列反常的電磁特性。如反常Doppler效應(yīng)、反常Cherenkov輻射、反常Goos-H(a)nchen位移、負(fù)折射效應(yīng)和完美透鏡效應(yīng)等。LHMs的發(fā)現(xiàn)被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為2003年度十大科技突破之一，是當(dāng)前物理與電磁學(xué)研究領(lǐng)域中的前沿與熱點(diǎn)問(wèn)題。 本論文主要研究了組成左手材料之一的負(fù)介電常數(shù)材料的微

2、波響應(yīng)行為，左手材料中的禁帶現(xiàn)象，左手材料的空間電磁響應(yīng)行為，左手材料的折射率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率的計(jì)算及左手材料在微帶天線上的應(yīng)用。得到了以下研究結(jié)果： 1.設(shè)計(jì)并制備了帶狀周期性排列的金屬桿，實(shí)現(xiàn)了負(fù)介電常數(shù)。理論模擬了金屬桿厚度、寬度、晶格常數(shù)與等離子頻率的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)研究了帶狀金屬桿的長(zhǎng)度、晶格常數(shù)、線寬與諧振頻率的關(guān)系。 2.設(shè)計(jì)并制備了開(kāi)口諧振環(huán)(SRRs)和金屬桿周期排列而成的LHMs，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SRRs與桿的相對(duì)

3、位置不對(duì)稱時(shí)，在左手特性區(qū)域內(nèi)可觀測(cè)到禁帶，并且發(fā)現(xiàn)此禁帶出現(xiàn)與否和禁帶出現(xiàn)的位置與SRRs與桿的相對(duì)位置有關(guān)。 3.研究了微波段左手材料的空間電磁諧振行為 (1)研究了周期性排列的金屬開(kāi)口諧振環(huán)的空間電磁諧振行為，實(shí)現(xiàn)了負(fù)磁導(dǎo)率。并研究了開(kāi)口諧振環(huán)的開(kāi)口、外環(huán)內(nèi)切圓直徑、內(nèi)環(huán)內(nèi)切圓直徑等幾何參數(shù)對(duì)其空間電磁諧振行為的影響。 (2)研究了周期性排列的金屬桿陣列的空間電磁諧振行為，實(shí)現(xiàn)了負(fù)介電常數(shù)。 (3)

4、研究了左手材料的空間電磁諧振行為，在微波段實(shí)現(xiàn)了介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)。且通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)口諧振環(huán)和桿的幾何參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同頻段的左手特性區(qū)域。 4.找到了一種計(jì)算左手材料折射率、介電常數(shù)、磁導(dǎo)率的方法，并用CST軟件進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到左手材料的折射率為負(fù)。 5.研究了左手材料在微帶天線上的應(yīng)用，將左手材料、負(fù)磁導(dǎo)率材料引入普通微帶天線設(shè)計(jì)之中，對(duì)天線進(jìn)行了改造，并測(cè)試了其性能。相比于普通微帶天線，天線的帶寬增加，匹配性能得