【摘要】：左手材料是一種人工亞波長結(jié)構(gòu),在同一頻段內(nèi)同時(shí)具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率,因此左手材料又被稱為雙負(fù)材料。當(dāng)電磁波在左手材料中傳輸時(shí),電場分量、磁場分量和波矢方向服從左手定則。自從人工左手材料合成以來,研究者們采用不同的方法設(shè)計(jì)出許多新穎的左手材料,目前左手材料從微波單頻段向高頻以及多頻段方向發(fā)展,由固定頻段的剛性材料向能夠應(yīng)用于復(fù)雜表面的柔性可調(diào)諧方向發(fā)展。左手材料的奇異特性使其可以應(yīng)用在完美成像、微波天線和吸收器等領(lǐng)域。本文根據(jù)左手材料的實(shí)現(xiàn)方法,提出了一種新型雙頻段左手材料和一種具有雙頻可開關(guān)諧振模式的左手材料,運(yùn)用高頻電磁仿真軟件HFSS對(duì)兩種左手材料進(jìn)行了仿真分析,分別研究了所提出結(jié)構(gòu)的電磁參數(shù)和電流、電磁場分布以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)諧振特性的影響。研究結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)或制造雙頻和多頻段的左手材料具有一定的參考意義,對(duì)拓展左手材料在不同頻段的應(yīng)用具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。具體內(nèi)容安排如下:第一章,首先介紹了左手材料的概念、實(shí)現(xiàn)方法、新穎特性以及國內(nèi)外的研究進(jìn)展,闡述了雙頻、多頻段以及可調(diào)諧左手材料的實(shí)現(xiàn)方法。第二章,設(shè)計(jì)了一種由雙開口環(huán)與十字線構(gòu)成單元結(jié)構(gòu)的雙頻帶的左手材料。研究了電磁波垂直入射時(shí),雙開口環(huán)和十字線各自的電磁響應(yīng),以及雙開口環(huán)-十字線組合結(jié)構(gòu)的雙頻響應(yīng);并通過各諧振頻率處的電流和電磁場分布分析了該單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙頻響應(yīng)的原因。最后討論了雙開口寬度g、十字豎線長度l_1、十字橫線長度l_2、線寬w以及入射角度對(duì)電磁特性的影響。第三章,基于可開關(guān)左手材料的設(shè)計(jì)思想,通過在兩組對(duì)稱的雙開口環(huán)間隙處加載RF MEMS開關(guān),理論上實(shí)現(xiàn)了一種可開關(guān)的雙頻諧振左手材料。研究發(fā)現(xiàn),通過控制不同位置處的開關(guān),該結(jié)構(gòu)的左手材料可實(shí)現(xiàn)低頻/高頻以及雙頻可開關(guān)特性。另外,通過各諧振頻率處的電流和電磁場分布分析了該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)可開關(guān)諧振特性的機(jī)制,最后探究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁特性的影響。第四章,總結(jié)論文的研究結(jié)果,展望左手材料未來的發(fā)展方向。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN751.2;TB34
【圖文】：

金屬線與開口諧振環(huán)合成的經(jīng)典左手材料(a)一維左手材料[2]

成單元諧振結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種柔性的左手材料[45]。圖1.2是幾種典型結(jié)構(gòu)的柔性超材料。圖1.2(a)T型金屬和聚二甲基硅氧烷構(gòu)成的柔性材料[43]；(b)照片紙作為介質(zhì)基板的左手材[45]；(c)發(fā)卡式開口諧振環(huán)和聚四氟乙烯構(gòu)成的柔性材料[41]；(d)田字形金屬和聚酰亞胺構(gòu)成的柔性材料[44]。1.2、雙頻以及多頻段左手材料的實(shí)現(xiàn)方法由于單頻段左手材料的頻譜特性難以滿足實(shí)際的需求，人們?cè)O(shè)計(jì)和制作了多頻段、高頻段、以及寬頻段左手材料，拓寬了左手材料的應(yīng)用范圍。通常多頻段左手材料的構(gòu)造方法是在介質(zhì)基板上相繼排列或嵌套不同尺寸的諧振環(huán)來實(shí)現(xiàn)多諧振[46,47]，除此之外，還有研究者利用不規(guī)則形狀的新穎結(jié)構(gòu)同樣實(shí)現(xiàn)了多諧振特性[22,48,49,50]。

會(huì)不可避免地在諧振環(huán)之間產(chǎn)生耦合作用。分型結(jié)構(gòu)具有自相似特性，如圖1.3(a)所示，一些研究者采用分型結(jié)構(gòu)的諧振器來實(shí)現(xiàn)多頻段左手材料[20,51,52]，或采用不規(guī)則新穎結(jié)構(gòu)，將金屬線設(shè)計(jì)成不同對(duì)稱或非對(duì)稱結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生多頻帶磁響應(yīng)。短金屬線對(duì)結(jié)構(gòu)以及漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)為多頻段左手材料的構(gòu)造提供了一種新思路[53,54]，當(dāng)電磁波垂直入射時(shí)，電場極化沿金屬線方向，可實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)；磁場極化垂直于金屬線所在平面，在磁場的作用下，介質(zhì)基板兩側(cè)的金屬短線構(gòu)成等效 諧振電路，在磁諧振頻率附近，實(shí)現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率。因此，在介質(zhì)基板兩側(cè)放置多個(gè)不同的諧振單元包括金屬線、開口環(huán)或其近似結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波垂直入射時(shí)能夠產(chǎn)生多頻段電磁響應(yīng)。圖1.3 給出了多頻段左手材料的幾種典型單元結(jié)構(gòu)。圖 1.3 多頻段左手材料的典型結(jié)構(gòu) (a)樹形分型結(jié)構(gòu)[52];(b)開口環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)[46]; (c) Greek-Key 型結(jié)構(gòu)[22]；(d)相連的開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)[20]。

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本文編號(hào)：2799720