19178.電磁耦合超材料本構(gòu)矩陣提取算法研究

1、學(xué)校代碼：10406分類號(hào)：O441.6學(xué)號(hào)：100081001121南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）電磁耦合超材料本構(gòu)矩陣提取算法研究電磁耦合超材料本構(gòu)矩陣提取算法研究碩士研究生：劉鷹導(dǎo)師：徐新河申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科、專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)所在單位：信息工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要與關(guān)鍵詞I摘要電磁超材料是通過(guò)在傳統(tǒng)的媒質(zhì)材料中嵌入某種幾何結(jié)構(gòu)單元

2、，構(gòu)造出自然界媒質(zhì)不存在的新型電磁特性的人工材料，是具有特殊性能的人工結(jié)構(gòu)材料，其磁導(dǎo)率或介電常數(shù)在一定的頻率段會(huì)呈現(xiàn)出負(fù)值。這種非自然的電磁特性會(huì)產(chǎn)生許多奇特現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外眾多的研究小組開(kāi)展了大量的研究工作，并取得了豐碩的研究成果。電磁超材料的應(yīng)用前景十分廣闊，將對(duì)未來(lái)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。單負(fù)（僅介電常數(shù)或僅磁導(dǎo)率小于零）超材料以及由導(dǎo)線開(kāi)口諧振環(huán)組成的雙負(fù)超材料本構(gòu)參數(shù)的提取通常采用傳統(tǒng)的S參數(shù)方法。由于電磁耦合超材料存在交叉極化現(xiàn)象，僅

3、用介電常數(shù)和磁導(dǎo)率兩個(gè)本構(gòu)參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確描述其電磁特性。傳統(tǒng)的S參數(shù)提取方法一開(kāi)始就假定超材料僅具有介電常數(shù)和磁導(dǎo)率兩個(gè)本構(gòu)參數(shù)，所以采用該方法提取電磁耦合超材料本構(gòu)參數(shù)存在明顯局限性。本文將電磁耦合超材料中的電元件和磁元件分別等效為面電流和面磁流，通過(guò)推導(dǎo)平均電通密度和磁通密度與外加電磁場(chǎng)的相互關(guān)系，從理論上獲取了磁電耦合超材料22的本構(gòu)參數(shù)矩陣，確定了磁電耦合超材料這四個(gè)本構(gòu)參數(shù)與磁元件的磁導(dǎo)率、電元件的介電常數(shù)、空間色散項(xiàng)和耦合系數(shù)

4、之間的關(guān)系解析公式，進(jìn)而獲得了折射率理論計(jì)算公式。利用該折射率公式對(duì)折射率提取值進(jìn)行了非線性擬合，發(fā)現(xiàn)提取值和理論值之間的誤差很小，這個(gè)結(jié)果很好地驗(yàn)證了論文給出的本構(gòu)矩陣解析式和折射率公式的正確性。根據(jù)擬合結(jié)果，獲得了電磁耦合超材料本構(gòu)矩陣中四個(gè)電磁參數(shù)的頻率響應(yīng)曲線。通過(guò)兩個(gè)不同空間結(jié)構(gòu)的實(shí)例仿真數(shù)據(jù)結(jié)果驗(yàn)證了文中的提取算法的正確性和普適性。本文提出的電磁耦合超材料本構(gòu)矩陣參數(shù)獲取方法將為相關(guān)研究人員分析和研究電磁超材料中電元件和磁元