人工電磁媒質互補模型的設計與研究.pdf

1、人工電磁媒質（Electromagnetic Metamaterials）是本世紀初物理學和電磁學領域的重要發(fā)現(xiàn)之一。目前，人工電磁媒質因其在基礎理論和實際應用上的巨大潛力受到了全世界的廣泛關注。該人工電磁媒質突破了傳統(tǒng)電磁場理論的一些重要概念，其研究成果將廣泛應用于通信、微波器件等重要領域。
　　人工電磁媒質通常由亞波長諧振單元組成，這些諧振單元對電磁波的響應類似于組成物質的分子或者原子。最典型的人工電磁媒質粒子是磁場激勵下的開

2、口諧振環(huán)（Split-Ring Resonator，SRR）和電場激勵下耦合諧振單元（Electric-Field-Coupled inductance capacitance resonator，ELC）。SRR和ELC對場的響應通常用等效媒質理論來描述，例如，介電常數(shù)和磁導率。計算這些參數(shù)的最常用的一種方法就是把仿真計算或測量得到的人工電磁媒質的反射系數(shù)和透射系數(shù)看作是相同厚度的均勻媒質的解析式。
　　由于這種新型人工電磁媒質

3、的特性不但取決于基本單元結構本身，而且取決于基本單元的空間排列方式。因此，我們通過改變基本單元及其排列結構，設計一類典型的人工電磁媒質及其互補結構。本文通過研究互補結構的S參數(shù)，在物理上驗證其互補性。同時采用等效媒質理論和嚴格的數(shù)學推導建立了諧振型人工電磁媒質結構單元的物理模型和參數(shù)提取的數(shù)學模型，并詳細研究了諧振型人工電磁媒質結構單元的特殊性質和構造方法，基于已建立的異向介質結構單元的數(shù)學模型，利用S參數(shù)法成功提取了復合結構單元的相關

4、電磁參數(shù)，結合參數(shù)提取結果，深入研究了負介電常數(shù)和負磁導率的物理意義，強化了諧振型人工電磁媒質結構單元的構造方法。并通過軟件HFSS（基于有限元法，F(xiàn)inite Element Method，F(xiàn)EM）和CST（基于有限積分法，F(xiàn)inite Integration Method，F(xiàn)IM）電磁仿真找出影響其工作頻率的關鍵因素，其表現(xiàn)出特殊的電磁性質的頻帶，并對結果進行討論，在此基礎上，并采用波導法進行了實驗驗證。本研究對人工電磁媒質的理論和