新型人工電磁材料特性分析、設(shè)計與應(yīng)用.pdf

1、新型人工電磁材料是近年來電磁學(xué)中新興的研究領(lǐng)域，引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。新型人工電磁材料可以通過精心設(shè)計在亞波長尺度上單元結(jié)構(gòu)對電場和磁場的響應(yīng)，實現(xiàn)各種奇特的物理現(xiàn)象。在微波段和光波段，新型人工電磁材料具有令人矚目的應(yīng)用前景。本論文研究了新型人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元的諧振機(jī)理和等效媒質(zhì)理論；在等效媒質(zhì)理論的基礎(chǔ)上，提出了一種自動化的快速設(shè)計方法，可以為復(fù)雜人工電磁材料提供快速有效的設(shè)計；探索了有關(guān)人工電磁材料的新奇現(xiàn)象和潛在應(yīng)用。本論

2、文的主要貢獻(xiàn)是： 1）研究了新型人工電磁材料的等效媒質(zhì)理論，關(guān)于新型人工電磁材料的等效媒質(zhì)性這一具有爭議的問題作了專門的討論。結(jié)合對諧振媒質(zhì)參數(shù)洛侖茲模型的推導(dǎo)闡述了新型人工電磁材料的物理機(jī)理。提出了改進(jìn)的S參數(shù)提取方法，該方法與原來的S參數(shù)提取相比，能夠得到更準(zhǔn)確的媒質(zhì)參數(shù)。 2）針對新型人工電磁材料系統(tǒng)，提出了一種具有普遍適用性的快速設(shè)計方法，闡述了該方法的流程和具體的算法。利用新型人工電磁材料的快速設(shè)計方法設(shè)計了漸

3、變折射率的新型人工電磁材料，并進(jìn)行了實驗測量，驗證了設(shè)計流程的速度和準(zhǔn)確性。分類介紹了設(shè)計常用的新型人工電磁材料單元結(jié)構(gòu)。 3）提出了非諧振新型人工電磁新材料單元結(jié)構(gòu)，可構(gòu)成寬帶、低損耗的人工電磁材料。利用非諧振單元結(jié)構(gòu)設(shè)計了使波束偏折和聚焦的寬帶漸變折射率材料。實驗數(shù)據(jù)證明了，從DC到X波段，材料具有寬帶和低損耗的性質(zhì)。 4）設(shè)計了基于光學(xué)變換的寬帶隱身地毯，可使凸起的金屬面覆蓋下的物體對電磁輻射隱身。描述了具體的設(shè)計

4、過程，其中利用了新型人工電磁材料的非諧振單元結(jié)構(gòu)和快速設(shè)計方法。給出了實驗過程中的細(xì)節(jié)，并分析了實驗測量結(jié)果。 5）利用各向異性人工電磁材料實現(xiàn)了電磁波極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，給出了實現(xiàn)極化狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一般性設(shè)計公式。利用諧振和非諧振的單元結(jié)構(gòu)，結(jié)合人工電磁材料的快速設(shè)計方法，設(shè)計了極化轉(zhuǎn)換器。極化轉(zhuǎn)換器的功能相當(dāng)于光頻器件中的波片。諧振結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換器，波阻抗與空氣匹配，其中，一個實現(xiàn)圓極化波和線極化波之間的轉(zhuǎn)換，原理類似于1/4波片；