自人工電磁材料的概念提出以來(lái),就引起了高度關(guān)注。人工電磁材料是一種亞波長(zhǎng)單元構(gòu)成的周期或非周期結(jié)構(gòu),可以具備很多自然界中的物質(zhì)所不具備的特性,能夠有效地改善光學(xué)或微波器件的性能。在人工電磁材料的設(shè)計(jì)中,變換光學(xué)理論是很有力的研究手段,可以更直觀地尋找設(shè)計(jì)所需要的材料參數(shù)。本文將利用人工電磁材料和變換光學(xué)原理來(lái)研究和分析天線的輻射特性,主要的工作內(nèi)容如下:（1）以拓展圓形貼片天線全向模式的帶寬作為研究的目標(biāo),利用變換光學(xué)理論推導(dǎo)出介質(zhì)板上材料參數(shù)的連續(xù)分布特性。然后又從場(chǎng)的角度對(duì)其進(jìn)行了分析,得出另外兩種材料的分布特性。通過(guò)仿真驗(yàn)證,加入上述超材料后均能夠有效地提高貼片天線的帶寬。其中利用變換光學(xué)理論設(shè)計(jì)的圓形貼片天線的帶寬提升到了43.9%。（2）以設(shè)計(jì)貼片天線的覆蓋板來(lái)實(shí)現(xiàn)多波束為研究目標(biāo),首先對(duì)變換光學(xué)所推導(dǎo)出的材料參數(shù)進(jìn)行從三維到二維的簡(jiǎn)化,通過(guò)仿真驗(yàn)證了簡(jiǎn)化后的材料特性與簡(jiǎn)化前的材料特性一致。（3）對(duì)上述研究所推到出材料參數(shù)進(jìn)行離散近似,并利用電諧振單元構(gòu)造了一種多層超表面結(jié)構(gòu),放置在貼片天線上,實(shí)現(xiàn)了多波束輻射。綜合以上內(nèi)容分析可知,人工電磁材料與變換光學(xué)理論的結(jié)合,將會(huì)對(duì)天... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１根據(jù)／／與Ｓ值對(duì)材料進(jìn)行分類［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｒｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?／ｊ．?ａｎｄ??

％?ｓｉｎ?碭＝％?ｓｉｎ?沒(méi)２?（２－１）??其中，化和化分別為入射角和折射角。如圖２－４所示：??＼０１?；?ｙ?＼ｅｉ?Ｉ?ｙ?！??右手材料左手洲???右手材料?＼?＾?左手材料??？２＼?＼??ａ）?＇?ｂ）?ｃ）??圖２－４?ａ）兩種材料均為右手材料ｂ）右手材料到左手材料ｃ）左手材料到左手材料??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?ａ）?Ｂｏｔｈ?ｍｅｄｉａ?ａｒｅ?ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｂ）?Ｆｒｏｍ?ｒｉｇｈｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ??ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃ）?Ｆｒｏｍ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ??除了以上應(yīng)用，它最引人注目的屬性如超分辨率成像ｉ２８】、逆多普勒效應(yīng)，完美??透鏡等。也正是這些別具一格的反常特性，使超材料的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛。??２．２坐標(biāo)變換方法??當(dāng)傳統(tǒng)材料越來(lái)越滿足不了人們的需求時(shí)，菲斯拉格的發(fā)現(xiàn)重新吸引了人們??的注意。他發(fā)現(xiàn)的超材料是材料設(shè)計(jì)方法上的重大創(chuàng)新，對(duì)新一代信息技術(shù)、新能??源技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、國(guó)防技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生較為深遠(yuǎn)的影響。但是由于技術(shù)原因，??對(duì)超材料的研宄大多停留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。２００６年，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在論文中提出了一種能??夠操控電磁波的理論，該理論被后來(lái)的學(xué)者稱為變換光學(xué)。變換光學(xué)的提出，極大??地推動(dòng)了超材料的發(fā)展

從上圖可以看出，當(dāng)ＴＥ平面波均勻入射到變換后的圓形區(qū)域時(shí)，電磁波繞過(guò)??隱身區(qū)域后又成功恢復(fù)到原來(lái)的傳播路徑上。從原理上來(lái)說(shuō)，該圓形區(qū)域能夠填入??任何物體。此理論雖然很早就提出了，但是使用的材料參數(shù)是經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)的，由??于過(guò)于完美而遲遲未能做出真正意義上的隱身衣。到目前為止，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家依??然在對(duì)其進(jìn)行深入的研究，相信在不久的未來(lái)，一定能夠看到真正的隱身衣。??另外，變換光學(xué)既然能夠通過(guò)設(shè)計(jì)材料參數(shù)來(lái)操縱電磁波，那么對(duì)于天線這個(gè)??導(dǎo)波系統(tǒng)而言，原理上也是可以被設(shè)計(jì)的。天線己有一百多年的發(fā)展歷史，理論己??趨于完善，用傳統(tǒng)的方法來(lái)提高天線性能略顯疲軟。自從變換光學(xué)提出以來(lái)，科研??人員在＋斷的將理論進(jìn)行完善，同時(shí)相繼出現(xiàn)了很多關(guān)于天線領(lǐng)域的研宄［３“３３］。??共形天線這個(gè)概念從提出以來(lái)就被人重視，它早期被應(yīng)用到軍事領(lǐng)域，如導(dǎo)彈、??衛(wèi)星、戰(zhàn)機(jī)等設(shè)備上。而實(shí)驗(yàn)室中，關(guān)于共形天線最為簡(jiǎn)單的應(yīng)用就是隱形地毯。??由于共形天線體積小的特點(diǎn)，可近似成一平面，因而它即可以很好的滿足空氣動(dòng)力??學(xué)又能減小軍用設(shè)備的散射面積。這些優(yōu)勢(shì)使得共形天線在國(guó)防及軍事引起了高??度重視。另外，隨著研究學(xué)者的深入研究，變換光學(xué)與共形天線結(jié)合不再僅限于應(yīng)??用到國(guó)防領(lǐng)域，其在民用通信中也有較好的發(fā)展。它可以作為通信設(shè)備被安裝到衣??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]變換光學(xué)透鏡天線研究進(jìn)展[J]. 曹尚文,周永江,程海峰.  中國(guó)光學(xué). 2017(02)

博士論文
[1]各向異性材料中的波：隱身衣、旋轉(zhuǎn)衣和聲子晶體[D]. 陳煥陽(yáng).上海交通大學(xué) 2008

碩士論文
[1]寬帶全向天線的研究[D]. 劉文博.西安電子科技大學(xué) 2017
[2]基于各向異性電磁超表面的多波束輻射與極化調(diào)控研究[D]. 劉艷青.東南大學(xué) 2016
[3]小型化超寬帶微帶天線研究[D]. 尹成龍.西安電子科技大學(xué) 2014
[4]Meta等效媒質(zhì)理論及其在天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D]. 王瑞.西安電子科技大學(xué) 2010
[5]用改進(jìn)的方法提取人工電磁材料的等效電磁參數(shù)[D]. 侯伶利.蘭州大學(xué) 2008



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