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注。超材料的應用越來越廣,這就喚起了更多科研學者對超材料的研究。超材料是人工合成的一種結構,被應用在具有革命性特征的新型發(fā)明設備上,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計和均勻化,可滿足光子拓撲絕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),由于這種組合結構非常復雜,而且不適用于任何頻段中的構造,比如光學頻段。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計和均質(zhì)化過程。利用所提出的結構,復合磁電耦合通過平面技術在分層結構中實現(xiàn),這可能在太赫茲和光學范圍內(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的準確表達式。(2).給出了一種利用平面SRR結構互相組合構成的復雜的雙各向異性超材料結構。由于此方法的局限性,即在光學頻段不易設計,所以提出了雙各向異性超材料的逐層設計方法,通過標準平面光刻技術實現(xiàn)了一種具有強雙各向異性的三維復雜超材料結構。(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)層疊結構設計理念構造的具有雙各向異性的超材料結構的設計和均質(zhì)化過程。
【學位單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB34;O441
【部分圖文】：

但是通過人工構造的異向介質(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)的負折射率。負 Snell 折射、逆 Doppler 效應 位移效應[56]等等，這些都源于異向介質(zhì)的負折射負 Snell 折射、逆 Doppler 效應。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，質(zhì)的負 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構，另一個是周期排列的金屬分別等效負介電常數(shù)[59,60]和負磁導率[61]。Pendry 最早提出的材料結構，這種 SRR 結構可以用電路中的 LC 電路模型來理，臂相當于電感，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)和磁導率來解釋這個現(xiàn)象。這一發(fā)質(zhì)奠定了強有力的基礎。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陣列結構的等離子體頻率[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 陣列的周期結構圖達式為：2ext 02 rH H ja路上的總電動勢滿足下面的關系：1 2emf dl E 2 rE 2 rE 220 int 0 02d rds H i r H j jdt a 表示導體的損耗，這里我們可以假設 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

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉若鵬;季春霖;趙治亞;周添;;超材料:重新塑造與重新思考[J];Engineering;2015年02期

2 ;超材料研究前沿動態(tài)[J];國際學術動態(tài);2012年01期

3 陳香香;王建鋒;;精密排種器性能監(jiān)測裝置研究——基于超材料光電傳感器[J];農(nóng)機化研究;2018年01期

4 吳宗漢;徐世和;;聲學超材料與結構工程應用前景展望[J];電聲技術;2017年Z3期

5 張文毓;;超材料的研究進展與應用[J];裝備機械;2018年02期

6 黃治涵;;基于超材料的單頻層狀吸波體仿真[J];電子世界;2018年14期

7 周濟;于相龍;;智能超材料的創(chuàng)新特性與應用前景[J];中國工業(yè)和信息化;2018年08期

8 文永正;;超越天然材料的自然極限——超材料分論壇側記[J];中國材料進展;2018年09期

9 院偉;楊進;王一龍;李維;官建國;;寬帶吸波超材料的研究進展[J];材料導報;2016年21期

10 王兆宏;蔡成欣;楚楊陽;劉廣順;;用于聲波調(diào)控的五模式超材料[J];光電工程;2017年01期

相關會議論文 前10條

1 田小永;尹麗仙;李滌塵;曹毅;;超材料結構飛行器隱形設計及3D打印制造工藝探索[A];第一屆新型功能結構技術學術會議暨增材制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新技術論壇論文集[C];2016年

2 陳巍;高軍;曹祥玉;楊歡歡;周禹龍;韓彤;;一種極化相關的透射型超材料[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（中冊）[C];2017年

3 陳坤;周運強;王志剛;;基于矩形波導的超材料結構吸波機理研究[A];2017年全國微波毫米波會議論文集(上冊二)[C];2017年

4 程強;趙捷;張t$;崔鐵軍;;超材料在微波及太赫茲頻段的應用[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2017年

5 胡更開;;電磁/聲波超材料及對波傳播控制的理論與實驗研究[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

6 劉亞鋒;周蕭明;胡更開;;彎曲波在薄板超材料中的傳播特性研究[A];北京力學會第18屆學術年會論文集[C];2012年

7 周蕭明;胡更開;;聲波超材料超分辨成像的理論與實驗研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

8 張晗;楊軍;;單模寬帶的五模式超材料的仿真設計[A];2018年全國聲學大會論文集A.物理聲學（含聲超構材料）[C];2018年

9 徐宜才;吳九匯;馬富銀;;彈性超材料負雜化共振帶的等效參數(shù)研究[A];2018年全國聲學大會論文集A.物理聲學（含聲超構材料）[C];2018年

10 趙俊娟;王月月;李賢徽;王文江;朱麗穎;;非線性磁力薄膜吸聲超材料可調(diào)特性分析[A];2018年全國聲學大會論文集A.物理聲學（含聲超構材料）[C];2018年

相關重要報紙文章 前10條

1 本報記者 姜天驕;新材料新工藝帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新[N];經(jīng)濟日報;2017年

2 深圳商報記者 王海榮;“智能超材料+”賦能行業(yè)轉(zhuǎn)型升級[N];深圳商報;2017年

3 記者 陶婷婷;揭秘“超材料”神奇魔力[N];上�？萍紙�;2018年

4 本報實習生 金婉霞 首席記者 樊麗萍;重構“磚頭”攻關“水下無線充電”[N];文匯報;2018年

5 深圳商報記者 王海榮;定制自然界不存在的材料[N];深圳商報;2018年

6 文言;促進超材料技術應用發(fā)展[N];中國有色金屬報;2016年

7 本報記者 吳苡婷;打造吃掉電磁波的神奇“隱身紙”[N];上�？萍紙�;2017年

8 張羲格;微結構排列組合后的超能力[N];中國航天報;2017年

9 辛文;我國超材料及其相關器件關鍵技術研發(fā)取得新進展[N];中國航空報;2017年

10 記者 王海榮;深企領銜超材料技術創(chuàng)新[N];深圳商報;2017年

相關博士學位論文 前10條

1 譚思宇;太赫茲高折射率超材料及吸收體傳感特性的研究[D];北京交通大學;2018年

2 張浩;壓電分流型聲學超材料的隔聲特性研究[D];國防科學技術大學;2016年

3 杜文娟;基于光頻雙曲色散超材料的深亞波長成像原理和方法研究[D];中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所);2018年

4 田喜敏;基于相變材料的超材料對光吸收及手性效應的調(diào)控[D];中國科學院大學(中國科學院物理研究所);2018年

5 胡森;類電磁誘導透明超材料的設計及性能研究[D];華中師范大學;2017年

6 于萍;超材料光場多維調(diào)控研究[D];南開大學;2016年

7 李健雄;人工微結構光場特性操控研究[D];南開大學;2016年

8 翟世龍;雙負聲學超材料與聲學超界面的特性研究[D];西北工業(yè)大學;2016年

9 陳懷軍;負等效參數(shù)聲學超材料的特性研究[D];西北工業(yè)大學;2016年

10 趙曉蕾;基于石墨烯超材料的太赫茲等離激元誘導透明現(xiàn)象研究[D];天津大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 許文昊;超材料中非線性光學局域波及其態(tài)轉(zhuǎn)換的理論研究[D];西北大學;2018年

2 王茜;基于超表面的天線增強和多功能器件的設計[D];華東師范大學;2018年

3 鄭肖肖;電磁超材料介質(zhì)有效參數(shù)的提取[D];杭州電子科技大學;2018年

4 汪可文;不對稱結構電磁超材料的研究與應用[D];杭州電子科技大學;2018年

5 袁能;介質(zhì)基超材料的電磁吸收性質(zhì)研究[D];湖北工業(yè)大學;2018年

6 王建;電磁超材料的寬頻吸波性能研究[D];湖北工業(yè)大學;2018年

7 賈曉珍;基于薄膜型聲學超材料隔聲性能的研究[D];陜西師范大學;2018年

8 曹宇杰;基于H分形聲學超材料研究的聲聚焦透鏡設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

9 鄒全;基于坐標變換理論的超材料質(zhì)流調(diào)控特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

10 李玉良;三維聲學超材料的結構設計與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

本文編號：2815409