【摘要】：坐標(biāo)變換理論以方程的形式不變性為基礎(chǔ),通過改變物理空間中材料的等效物理參數(shù)分布,以實(shí)現(xiàn)對場分布的任意調(diào)控,其為靈活設(shè)計(jì)超材料器件提供了一條便捷有力的途徑�；谠摾碚�,各式各樣應(yīng)用前景十分可觀的新奇功能超材料電磁器件如雨后春筍般涌現(xiàn),且理論的應(yīng)用范圍也逐漸從電磁學(xué)向聲學(xué)、等離子體、彈性力學(xué)、熱力學(xué)、電子學(xué)等其它工程領(lǐng)域擴(kuò)展。然而,作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域,基于坐標(biāo)變換的超材料器件研究尚有很多問題有待解決。本文以坐標(biāo)變換理論為基礎(chǔ),系統(tǒng)地開展了典型超材料電磁器件參數(shù)簡化設(shè)計(jì)方法、參數(shù)反演方法、等效電路實(shí)現(xiàn)方法和新型超材料器件設(shè)計(jì)研究,并利用COMSOL軟件和ADS軟件對器件的性能進(jìn)行了深入分析。本文的研究豐富了坐標(biāo)變換理論及技術(shù),并對類似器件的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。歸納起來,論文的主要工作包括以下五個(gè)方面： 1.提出了兩種電磁縮小裝置參數(shù)簡化設(shè)計(jì)方法。首先,通過選擇特定的變換函數(shù),設(shè)計(jì)出了材料參數(shù)徑向和角向分量為常數(shù)而僅軸向分量隨空間變化的電磁縮小裝置,并研究了激勵(lì)源、材料損耗及參數(shù)擾動(dòng)等因素對器件性能的影響；其次,基于正交方向線性變換設(shè)計(jì)出了具有均勻各向異性材料參數(shù)的二維和三維電磁縮小裝置,以二維情況為例探討了基于有效媒質(zhì)理論的各向同性分層實(shí)現(xiàn)方法,并對不同入射角下層狀縮小裝置的幻影效果進(jìn)行了分析。 2.提出了變換函數(shù)事先未知情況下電磁透明體、電磁縮小裝置和電磁集中器的材料參數(shù)反演方法。器件坐標(biāo)變換過程中滿足的邊界條件和引入的生成函數(shù)取代了變換函數(shù),材料參數(shù)被直接表示成生成函數(shù)的形式,其推導(dǎo)過程與變換函數(shù)無關(guān)。此外,為消除材料參數(shù)的非均勻性和各向異性,進(jìn)一步探討了基于有效媒質(zhì)理論的器件分層實(shí)現(xiàn)方法。 3.利用化場為路的思想構(gòu)建了超材料電磁器件材料參數(shù)和傳輸線等效電路集總元件參數(shù)之間的等效性,提出了左手材料開腔諧振器、近零材料多波束天線及非均勻各向異性材料電磁透明體和電磁集中器的等效電路實(shí)現(xiàn)方法,并利用ADS軟件對方法的有效性及器件的電磁特性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證與分析。 4.提出了兩種新型超材料電磁器件的設(shè)計(jì)方法。首先,為了實(shí)現(xiàn)對場分布的單向和雙向調(diào)控,設(shè)計(jì)出了一種調(diào)控過程中無能量損耗的任意場分布調(diào)控器,并探討了其在波導(dǎo)連接器、高增益定向天線、信號(hào)恢復(fù)器及透視裝置中的潛在應(yīng)用。其次,設(shè)計(jì)出了一種能實(shí)現(xiàn)三種功能的超材料電磁器件,該器件可用作電磁透明體、具有信息交互能力的封閉式隱身斗篷和隱藏物體可自由移動(dòng)的外斗篷。 5.擴(kuò)展了坐標(biāo)變換理論在聲學(xué)、熱力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,提出了簡化參數(shù)聲學(xué)外斗篷和任意形狀熱集中器的設(shè)計(jì)方法,導(dǎo)出了相應(yīng)材料參數(shù)的表達(dá)式,并利用COMSOL軟件對斗篷的隱身特性和集中器的集熱效果進(jìn)行了數(shù)值模擬。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2327668