隨著移動通信系統(tǒng)集成化水平不斷地提高,超材料由于有很多自然界物質(zhì)所不存在的特性而備受關(guān)注。超材料的應(yīng)用越來越廣,這就喚起了更多科研學(xué)者對超材料的研究。超材料是人工合成的一種結(jié)構(gòu),被應(yīng)用在具有革命性特征的新型發(fā)明設(shè)備上,例如:具有完美成像和超分辨率的平板鏡頭,轉(zhuǎn)換光學(xué)器件,隱身衣等等。在本文中,研究了電磁波在超材料中的傳播特性,并給出了一種反向計算超材料有效參數(shù)的理論公式。研究了源自平面SRR的雙各向異性超材料的設(shè)計和均勻化,可滿足光子拓?fù)浣^緣體和其他類型的具有非平凡狀態(tài)的超音速光子材料的要求。我們表明,磁電張量中的非對角線元素可以通過組合具有不同取向的平面SRR來實現(xiàn),由于這種組合結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,而且不適用于任何頻段中的構(gòu)造,比如光學(xué)頻段。為了實現(xiàn)普遍性,簡化制造過程,我們提出了雙向各向異性超材料的逐層設(shè)計方法,并且通過有效的參數(shù)反演方法和基于計算機的仿真驗證了這種超材料的設(shè)計和均質(zhì)化過程。利用所提出的結(jié)構(gòu),復(fù)合磁電耦合通過平面技術(shù)在分層結(jié)構(gòu)中實現(xiàn),這可能在太赫茲和光學(xué)范圍內(nèi)都是很有用的。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:(1).著重分析了電磁波在雙各向異性介質(zhì)中的傳播,并且給出了反射系數(shù)R和透射系數(shù)T的準(zhǔn)確表達(dá)式。(2).給出了一種利用平面SRR結(jié)構(gòu)互相組合構(gòu)成的復(fù)雜的雙各向異性超材料結(jié)構(gòu)。由于此方法的局限性,即在光學(xué)頻段不易設(shè)計,所以提出了雙各向異性超材料的逐層設(shè)計方法,通過標(biāo)準(zhǔn)平面光刻技術(shù)實現(xiàn)了一種具有強雙各向異性的三維復(fù)雜超材料結(jié)構(gòu)。(3).根據(jù)電磁波傳播的理論公式,對基于平面SRR的雙各向異性超材料的電磁參數(shù)的反演,給出了一種準(zhǔn)確的反演算法并且做出了驗證。同時通過我們所提出的反演算法以及基于計算機的仿真驗證了這種根據(jù)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計理念構(gòu)造的具有雙各向異性的超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和均質(zhì)化過程。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34;O441
【部分圖文】：

但是通過人工構(gòu)造的異向介質(zhì)，就有非一般的特波入射到異向介質(zhì)表面，經(jīng)過表面的折射波束跟入介質(zhì)的負(fù)折射率。負(fù) Snell 折射、逆 Doppler 效應(yīng) 位移效應(yīng)[56]等等，這些都源于異向介質(zhì)的負(fù)折射負(fù) Snell 折射、逆 Doppler 效應(yīng)。電磁波在兩個正介質(zhì)交界面之間發(fā)生折射時，折射這個現(xiàn)象的產(chǎn)生源于入射波與折射波的切向場量（續(xù)性條件。然而在異向介質(zhì)中，會有非常反向的現(xiàn)質(zhì)，這里正介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為正數(shù)，異有一束平面波穿過這兩種介質(zhì)時，在介質(zhì)的交界處射現(xiàn)象，并且折射波與入射波出現(xiàn)在法線的同側(cè)，質(zhì)的負(fù) Snell 折射，另一方面是電磁波在異向介質(zhì)走向恰恰相反，而且能量走向一般是遠(yuǎn)離交界面的

Pendry 在 1996 年和 1999 年，先后提出了兩種一個是周期排列的金屬線陣列結(jié)構(gòu)，另一個是周期排列的金屬分別等效負(fù)介電常數(shù)[59,60]和負(fù)磁導(dǎo)率[61]。Pendry 最早提出的材料結(jié)構(gòu)，這種 SRR 結(jié)構(gòu)可以用電路中的 LC 電路模型來理，臂相當(dāng)于電感，電磁波在一定頻率下會發(fā)生諧振，這個諧觀上講，通常用介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來解釋這個現(xiàn)象。這一發(fā)質(zhì)奠定了強有力的基礎(chǔ)。介電常數(shù)介質(zhì)-金屬 Wire 陣列實現(xiàn)電諧振可以實現(xiàn)電諧振是因為金屬線等效為具有負(fù)介電常數(shù)的介質(zhì)效介電常數(shù)值。在 xyz 三維空間中是金屬線的周期性排列結(jié)方向是無限長的，半徑為 r，如圖 2.2 所示。下面我們根據(jù) Pe陣列結(jié)構(gòu)的等離子體頻率[55]。場極化的方向為 z 方向，這里周期 a 很小，則在金屬線內(nèi)運：

圖 2.3 開路諧振環(huán) SRR 陣列的周期結(jié)構(gòu)圖達(dá)式為：2ext 02 rH H ja路上的總電動勢滿足下面的關(guān)系：1 2emf dl E 2 rE 2 rE 220 int 0 02d rds H i r H j jdt a 表示導(dǎo)體的損耗，這里我們可以假設(shè) SRR 環(huán)的環(huán)電壓分布為： out 2V x E x r 0 x 2 r in 2V x E x 0 x r

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