左手材料的电磁仿真与实验验证
本文选题:左手材料 + 双十字架型 ; 参考:《杭州电子科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:多年的科学研究告诉我们,表征一种介质材料的电磁特性需要介电常数ε和磁导率μ两个基本物理量。而常见的传统物质中绝大多数的介电常数ε和磁导率μ都是正值,本文所探讨的左手材料是一种新型人工制造的电磁材料,其介电常数ε和磁导率μ均为负值,这一点和传统介质材料是恰恰相反的。由于其奇异的电磁特性,左手材料被广泛应用于微波天线、射频器件、光学、材料等众多领域,并在各个领域中发挥了不可替代的作用。在传输线理论的基础上,本文设计了一款性能优越、更能满足实用需求的新型左手材料,并通过软件仿真和实物测试验证了其工作频带和单元损耗大小。主要工作主要有:1、详细介绍了左手材料设计中必备的软件仿真和实物测试方法。其中包括高频电磁仿真软件HFSS的操作流程和如何从仿真结果中初步判定左手特性的简单方法,并通过软件对经典Smith模型进行了建模和仿真,并利用等效本构参数提取法计算出其等效介电常数、等效磁导率、折射率和阻抗四大主要电磁参数。实物测试方法有很多种,考虑到操作方便和容易获得等方面的因素,本文选择了矩形波导测试法,并详细分析了其测试环境和工作原理。2、根据左手传输线理论设计了一款新型的宽带低耗小单元左手材料,该左手材料由双十字架型的单元周期排列而成,在电磁波平行入入射的情况下可以产生9.4GHz-16GHz,相对带宽达到52%的左手频带,并且其单元电长度和损耗都小于同类型设计模型。通过实物制作和矩形波导法的实测,证明了其左手特性的存在。本文的研究为左手材料的广泛应用打下了良好的基础。
[Abstract]:Many years of scientific research show that the characterization of electromagnetic properties of a dielectric material requires two basic physical quantities: dielectric constant 蔚 and permeability 渭. However, the dielectric constant 蔚 and permeability 渭 of most conventional materials are positive. The left-handed material discussed in this paper is a new type of artificial electromagnetic material. The dielectric constant 蔚 and permeability 渭 are both negative. This is contrary to traditional dielectric materials. Due to its singular electromagnetic properties, left-handed materials are widely used in microwave antennas, RF devices, optics, materials and other fields, and play an irreplaceable role in various fields. On the basis of transmission line theory, this paper designs a new left-handed material which has superior performance and can meet the practical needs. The work band and unit loss are verified by software simulation and physical test. The main work is 1: 1. The necessary software simulation and physical testing methods in the design of left-handed materials are introduced in detail. It includes the operation flow of HFSS and the simple method of how to judge the left-handed characteristic from the simulation results. The classical Smith model is modeled and simulated by the software. The equivalent dielectric constant, equivalent permeability, refractive index and impedance are calculated by the method of extraction of equivalent constitutive parameters. There are many kinds of physical testing methods. Considering the factors of convenient operation and easy access, the rectangular waveguide testing method is chosen in this paper. The testing environment and working principle of the device are analyzed in detail. According to the theory of left-handed transmission line, a new type of left-handed material with broadband and low-consumption elements is designed. The left-handed material is arranged periodically by double cross type elements. In the case of parallel incident electromagnetic waves, 9.4GHz ~ 16GHz can be generated, and the relative bandwidth reaches 52% in the left-hand band, and the cell length and loss are smaller than the design model of the same type. The existence of the left hand characteristic is proved by the material fabrication and the actual measurement of the rectangular waveguide method. The research in this paper has laid a good foundation for the wide application of left-handed materials.
【学位授予单位】:杭州电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB39
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,本文编号:2043940
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