非對稱性和單元厚度對微波段左手材料的影響.pdf

1、左手材料(Left-handed metamaterials，LHMs)是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，由于在其中傳播電磁波的相速度和群速度方向相反，表現(xiàn)出一系列反常的電磁特性。LHMs的發(fā)現(xiàn)被美國《Science》雜志評為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)域中的前沿與熱點問題。2006年P(guān)entry等人提出了使用超材料實現(xiàn)對電磁場方向進行任意改變的設(shè)計理論，隨后，Duke大學(xué)的科學(xué)家們利用相關(guān)理論

2、制造出的“隱形斗篷”(circular cloaking device)再次被《Science》評選為年度世界十大科技突破之一。 本論文主要采用空間法研究了負(fù)磁導(dǎo)率材料的缺陷效應(yīng)和非對稱結(jié)構(gòu)左手材料的禁帶效應(yīng)，并利用波導(dǎo)法研究了具有適當(dāng)厚度環(huán)結(jié)構(gòu)的負(fù)磁導(dǎo)率材料的微波電磁響應(yīng)行為。得到了以下研究結(jié)果： 1．制備了帶有點缺陷金屬開口諧振環(huán)(split ring resonators，SRRs)的二維、三維負(fù)磁導(dǎo)率材料，采用空

3、間法測量了中心點缺陷對樣品微波透射行為的影響。實驗結(jié)果表明，負(fù)磁導(dǎo)率材料中點缺陷SRRs的引入破壞了SRRs間的電磁耦合作用和結(jié)構(gòu)的周期性，致使材料諧振峰的諧振強度和諧振頻率發(fā)生變化。而且，通過引入不同尺寸缺陷SRRs，可制備出諧振頻率和諧振強度可調(diào)的負(fù)磁導(dǎo)率材料。 2．采用空間法研究了非對稱結(jié)構(gòu)對LHMs X波段微波透射與反射行為的影響。實驗結(jié)果表明，非對稱結(jié)構(gòu)的引入導(dǎo)致左手材料產(chǎn)生雙透射峰和雙反射谷；雙峰和雙谷的強度與頻率位

4、置主要受控于非對稱結(jié)構(gòu)中環(huán)與桿的非對稱度。另外，數(shù)值模擬計算表明在左手材料中引入不同分布的SRRs可使材料產(chǎn)生雙左手頻率區(qū)域，與實驗測量結(jié)果一致。 3．采用矩形波導(dǎo)法首次實驗研究了微波垂直入射具有適當(dāng)厚度金屬銅圓環(huán)結(jié)構(gòu)的微波電磁響應(yīng)行為。實驗結(jié)果表明，當(dāng)金屬銅環(huán)的厚度增加到一定值時，在中心頻率14.5GHz處出現(xiàn)透射禁帶，并且在透射禁帶位置相位發(fā)生躍變。采用雙各向異性媒質(zhì)模型計算了銅圓環(huán)結(jié)構(gòu)的磁導(dǎo)率隨頻率的變化關(guān)系，在透射禁帶處