電磁超介質(zhì)是一種由亞波長(zhǎng)共振單元構(gòu)成的人工復(fù)合材料,它具有傳統(tǒng)材料所不具備的很多奇特物理特性和應(yīng)用,比如亞波長(zhǎng)電磁波導(dǎo)、隱身斗篷、完美透鏡、負(fù)折射和零折射材料等,因此電磁超材料與傳統(tǒng)材料相比具有巨大的發(fā)展優(yōu)勢(shì),其在信息通信、電磁波雷達(dá)、醫(yī)學(xué)研究和國(guó)防科技等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用將具有非常巨大的研究?jī)r(jià)值。同時(shí)為了進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,通過(guò)一定參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)控的電磁超介質(zhì)也已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn),比如通過(guò)溫度、電壓和磁場(chǎng)等參數(shù)對(duì)其物理特性進(jìn)行靈活調(diào)控。本文研究的是在微波波段范圍內(nèi),電磁波在磁性電磁超介質(zhì)中通過(guò)磁場(chǎng)調(diào)控的傳輸特性,其中主要研究的是鐵氧體柱子的磁性特性、零折射電磁超介質(zhì)中的電磁波傳輸特性,以及電磁波在梯度折射率磁性電磁超介質(zhì)中的傳輸特性。此論文由五個(gè)章節(jié)內(nèi)容組成,第一章主要介紹的是電磁超介質(zhì)和電磁超表面的基本物理概念、及其獨(dú)特的物理特性和發(fā)展應(yīng)用。第二章介紹的是研究體系的理論方法,研究結(jié)構(gòu)是由理論上無(wú)限長(zhǎng)的各向異性磁性鐵氧體柱子組成,由于本研究體系中電磁波的波長(zhǎng)大約等于結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)的9倍,滿足長(zhǎng)波近似條件,所以體系中的磁性電磁超介質(zhì)可近似為均勻介質(zhì),然后通過(guò)等效介質(zhì)理論就可獲得體系的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率,以及等效折射率。此外,通過(guò)Mie散射理論和多重散射理論還可以計(jì)算出單根和多根磁性鐵氧體柱子的散射系數(shù),從而獲得空間中任意位置的電場(chǎng)和磁場(chǎng),進(jìn)而計(jì)算出空間中任意位置的坡印廷矢量。第三章主要探究了電磁波在零折射磁性異質(zhì)結(jié)電磁超介質(zhì)中的可調(diào)控非對(duì)稱傳輸特性,而研究?jī)?nèi)容則是由磁性鐵氧體柱子構(gòu)成的具有靈活磁性調(diào)控特性的磁性體系,其中一部分為零折射率結(jié)構(gòu),另外一部分為非零折射率結(jié)構(gòu),此時(shí)從結(jié)構(gòu)一側(cè)垂直入射電磁波發(fā)生單向透射現(xiàn)象。此外,由于磁性鐵氧體柱子具有靈活的磁性調(diào)控特性,因此通過(guò)外加磁場(chǎng)就能改變體系的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其等效折射率的靈活調(diào)控�；诖�,通過(guò)改變外加磁場(chǎng)就能使得非零折射介質(zhì)變?yōu)榱阏凵浣橘|(zhì),零折射介質(zhì)變?yōu)榉橇阏凵浣橘|(zhì),此時(shí)從結(jié)構(gòu)另一側(cè)垂直入射電磁波發(fā)生與前者方向相反的單向透射現(xiàn)象,由此通過(guò)改變磁場(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的電磁波非對(duì)稱傳輸。受到梯度電磁超表面的啟發(fā),第四章主要探究了在梯度折射率磁性電磁超介質(zhì)平板結(jié)構(gòu)中的電磁波傳輸特性。在本研究體系中,對(duì)于一定的外加磁場(chǎng)范圍,體系的外加磁場(chǎng)和等效折射率呈線性關(guān)系,所以通過(guò)設(shè)置均勻變化的外加磁場(chǎng)就可以在空間結(jié)構(gòu)上引入梯度變化的折射率分布,使得傳輸電磁波在折射率梯度方向上產(chǎn)生相位補(bǔ)償,從而對(duì)其傳輸相位進(jìn)行控制,由此只需要改變外加磁場(chǎng)梯度就可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的電磁波傳輸。論文的最后一章則是對(duì)碩士期間的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總結(jié)陳述,同時(shí)對(duì)利用梯度折射率磁性電磁超介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電磁波的可調(diào)控非對(duì)稱傳輸進(jìn)行可能性展望。
【學(xué)位單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O441.4
【部分圖文】：

學(xué)理論和工業(yè)制造技術(shù)正以前所未有的速度飛速發(fā)己經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要，于是從上世紀(jì)中提出，與傳統(tǒng)材料相比，其材料結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)單元呈材料具備傳統(tǒng)材料所沒(méi)有的特異物理性質(zhì)。同時(shí)由的電磁調(diào)控特性，所以這種材料的發(fā)展將開(kāi)辟材料對(duì)電磁超介質(zhì)和電磁超表面這兩種人工電磁材料進(jìn)學(xué)中，媒質(zhì)的電磁特性一般用材料本身的兩個(gè)電磁磁導(dǎo)率［１］。介電常數(shù)反映了媒質(zhì)在電場(chǎng)中發(fā)生的極映的則是媒質(zhì)在磁場(chǎng)中發(fā)生的磁化對(duì)原磁場(chǎng)的影響、離子和電子）在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)效果的宏的結(jié)構(gòu)單元尺寸大得多時(shí)，媒質(zhì)可以近似認(rèn)為是均效磁導(dǎo)率來(lái)描述材料與電磁波的相互作用�；诖�，磁導(dǎo)率分別看作平面坐標(biāo)系的橫軸和縱軸，然后對(duì)＾

圖１．２基于ＺＩＭ的電磁波耦合示意圖。??而其中早期比較經(jīng)典的工作由Ｅｎｇｈｅｔａ工作組完成他們理論上設(shè)計(jì)的材料結(jié)構(gòu)??如圖１．２所示，其中結(jié)構(gòu)的兩端為上下界面平行的金屬波導(dǎo)，而連接兩者的則是作為電??磁波耦合器的介電常數(shù)等于零（ｅ－Ｎｅａｒ－Ｚｅｒｏ，ＥＮＺ）的ＺＩＭ，其界面是完美電導(dǎo)體??（ＰＥＣ），兩種材料的接觸面與波導(dǎo)界面垂直。通過(guò)這個(gè)ＥＮＺ材料結(jié)構(gòu)使得從Ｒｅｇｉｏｎ?１進(jìn)??入ＥＮＺ材料的電磁波能大大耦合到Ｒｅｇｉｏｎ?２，提高了電磁波的耦合效率，而這與ＥＮＺ??材料的特殊形狀無(wú)關(guān)。接下來(lái)的２００８年，如圖１．３所示，他們進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)在微波頻???Ｈ／－１?Ｈ＊－?Ｌ?ｈＨＡｔＨｉ???＾??Ｉ?＾￣＼??ｙ?ＲＰＡｆ?４?！?ＲＰＢ１??？?＾?－??■?！?＞．?？?■?＼?ｔ?ｆ?ｒ??ａ?°?Ｘ．?？．?？■?？；?ｒ?ｒ?￣?ｖ－?＜■＊?��？??Ｎ?？＇?Ａ?－！?？＞?＾?＾?Ｔ－?７ｆ?ｒｒ?：．－?ｒ??�。�?＞■?－?＇?＇－ｉ?ｔ，?ｆ．?－ｔ?＾?＾?＾?＊?Ｓ－?ｆ－??ｙ?Ａ?？?？?Ｖ?／ｉ?？；?＜?＜■貧?Ｊ＊?丫，＞??＞?＾?Ｎ?．Ｈ?＞?Ａ?－ｖ?＇ｓ?＊？?／｝／■��！?－ｆｉ?？■?－ｒ－?＾?ｒ－?？．？?Ｔ??？？?＞?＊＞?＞?ｔ．?Ａ?Ａ?＾??九?Ａ?Ａ?＜?＇Ｉ?４?＜ｆ?■Ｓ＂?￣?￣?５?＾?？＊??＞，Ｖ?＞＞?５－??圖１．３?（ａ）圖為零折射窄通道波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；（ｂ）圖為對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)模擬示意圖。??段驗(yàn)證了電磁波可以“擠壓”通過(guò)由ＥＮＺ材料做成的窄隧道波導(dǎo)［＾

＇＝０??圖１．２基于ＺＩＭ的電磁波耦合示意圖。??而其中早期比較經(jīng)典的工作由Ｅｎｇｈｅｔａ工作組完成他們理論上設(shè)計(jì)的材料結(jié)構(gòu)??如圖１．２所示，其中結(jié)構(gòu)的兩端為上下界面平行的金屬波導(dǎo)，而連接兩者的則是作為電??磁波耦合器的介電常數(shù)等于零（ｅ－Ｎｅａｒ－Ｚｅｒｏ，ＥＮＺ）的ＺＩＭ，其界面是完美電導(dǎo)體??（ＰＥＣ），兩種材料的接觸面與波導(dǎo)界面垂直。通過(guò)這個(gè)ＥＮＺ材料結(jié)構(gòu)使得從Ｒｅｇｉｏｎ?１進(jìn)??入ＥＮＺ材料的電磁波能大大耦合到Ｒｅｇｉｏｎ?２，提高了電磁波的耦合效率，而這與ＥＮＺ??材料的特殊形狀無(wú)關(guān)。接下來(lái)的２００８年，如圖１．３所示，他們進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)在微波頻???Ｈ／－１?Ｈ＊－?Ｌ?ｈＨＡｔＨｉ???＾??Ｉ?＾￣＼??ｙ?ＲＰＡｆ?４?！?ＲＰＢ１??？?＾?－??■?！?＞．?？?■?＼?ｔ?ｆ?ｒ??ａ?°?Ｘ．?？．?？■?？；?ｒ?ｒ?￣?ｖ－?＜■＊?��？??Ｎ?？＇?Ａ?－！?？＞?＾?＾?Ｔ－?７ｆ?ｒｒ?：．－?ｒ??�。�?＞■?－?＇?＇－ｉ?ｔ，?ｆ．?－ｔ?＾?＾?＾?＊?Ｓ－?ｆ－??ｙ?Ａ?？?？?Ｖ?／ｉ?？；?＜?＜■貧?Ｊ＊?丫，＞??＞?＾?Ｎ?．Ｈ?＞?Ａ?－ｖ?＇ｓ?＊？?／｝／■��！?－ｆｉ?？■?－ｒ－?＾?ｒ－?？．？?Ｔ??？？?＞?＊＞?＞?ｔ．?Ａ?Ａ?＾??九?Ａ?Ａ?＜?＇Ｉ?４?＜ｆ?■Ｓ＂?￣?￣?５?＾?？＊??＞
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本文編號(hào)：2883475