微波在人工超材料加载波导中的传输特性研究

论文摘要

近年来,人工超材料(Artificial Metamaterials)由于具有反常的电磁特性而在光电子学、纳米科技、电子工程等领域得到了深入的研究和广泛的应用,人工超材料是目前电磁材料的热门研究方向。人工超材料由于其具有负磁导率和负介电常数,使得在该介质中传播的电磁波的传输特性发生了改变,例如折射率为负、波矢量方向与能量方向相反等。这些与传统介质相异的电磁特性使得人工超材料具有极大的研究价值和应用前景。作为微波传输线内最基本的单元,人工超材料加载波导能为波导的应用开辟更宽的前景,目前已利用人工超材料实现了如波导小型化和滤波器等功能,但由于人工超材料的独特结构也引入了新的问题,比如功率传输效率和阻抗匹配等。鉴于此,本文对微波在人工超材料加载波导中的传输特性进行了深入研究。首先,本文主要对人工超材料的理论和应用的发展进行了简单地介绍。接着,对双负介质进行了分析,详细介绍了人工超材料的概念及其反常电磁特性,并介绍了两种人工超材料的结构实现方法。随后,利用传输线理论分析了加载于正方体波导中的SRR单元对波导阻抗的影响,利用波动方程分析了SRR周期结构加载于矩形波导中对波导的场分布的影响。最后,利用HFSS仿真软件对加载于正方体腔的SRR单元和加载于矩形波导的SRR周期结构进行了仿真,通过对仿真数据的归纳与计算验证了理论推导。最后,基于仿真设计加工了SRR周期结构,通过其加载于S波段矩形波导的实验结果验证了理论推导和仿真结果,即:将SRR周期结构加载于矩形波导,波导的传输特性会发生改变,加载具有双负特性的人工超材料将引起阻抗从容性到感性的突变,阻抗实部的突变向开路点靠近,测试与仿真基本吻合。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景与意义
•   1.2 人工超材料的研究进展及现状
•     1.2.1 理论研究和实验验证
•     1.2.2 人工超材料的结构实现
•     1.2.3 人工超材料的实际应用研究
•   1.3 本论文的主要内容以及章节安排
• 第二章 人工超材料的基本理论及特性
•   2.1 人工超材料的基本概念
•   2.2 人工超材料的特殊电磁特性
•     2.2.1 负折射现象
•     2.2.2 后向波特性
•     2.2.3 逆Doppler效应
•     2.2.4 反常Cerenkov辐射
•   2.3 人工超材料的实现方式
•     2.3.1 基于SRR和 Rod的人工超材料
•     2.3.2 基于电感和电容的人工超材料
•   2.4 等效电磁参数提取方法简介
•   2.5 本章小结
• 第三章 人工超材料加载波导的理论研究
•   3.1 引言
•   3.2 人工超材料加载波导的传输特性
•     3.2.1 SRR单元的阻抗特性分析
•     3.2.2 金属开口谐振环加载波导的传输特性分析
•   3.3 人工超材料加载波导的仿真设计
•     3.3.1 SRR单元设计及仿真
•     3.3.2 人工超材料加载波导仿真分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 人工超材料加载波导的实验研究
•   4.1 S波段实物图
•   4.2 人工超材料对波导阻抗特性的影响
•     4.2.1 实验设计与平台搭建
•     4.2.2 测试结果
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘国栋

导师: 鄢扬

关键词: 人工超材料,波导,传输特性,阻抗

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: TB34;O441.4

总页数: 67

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