电磁超材料介质有效参数的提取

发布时间：2020-09-09 20:06

　　随着移动通信系统集成化水平不断地提高,超材料由于有很多自然界物质所不存在的特性而备受关注。超材料的应用越来越广,这就唤起了更多科研学者对超材料的研究。超材料是人工合成的一种结构,被应用在具有革命性特征的新型发明设备上,例如:具有完美成像和超分辨率的平板镜头,转换光学器件,隐身衣等等。在本文中,研究了电磁波在超材料中的传播特性,并给出了一种反向计算超材料有效参数的理论公式。研究了源自平面SRR的双各向异性超材料的设计和均匀化,可满足光子拓扑绝缘体和其他类型的具有非平凡状态的超音速光子材料的要求。我们表明,磁电张量中的非对角线元素可以通过组合具有不同取向的平面SRR来实现,由于这种组合结构非常复杂,而且不适用于任何频段中的构造,比如光学频段。为了实现普遍性,简化制造过程,我们提出了双向各向异性超材料的逐层设计方法,并且通过有效的参数反演方法和基于计算机的仿真验证了这种超材料的设计和均质化过程。利用所提出的结构,复合磁电耦合通过平面技术在分层结构中实现,这可能在太赫兹和光学范围内都是很有用的。本文的主要工作和创新点如下:(1).着重分析了电磁波在双各向异性介质中的传播,并且给出了反射系数R和透射系数T的准确表达式。(2).给出了一种利用平面SRR结构互相组合构成的复杂的双各向异性超材料结构。由于此方法的局限性,即在光学频段不易设计,所以提出了双各向异性超材料的逐层设计方法,通过标准平面光刻技术实现了一种具有强双各向异性的三维复杂超材料结构。(3).根据电磁波传播的理论公式,对基于平面SRR的双各向异性超材料的电磁参数的反演,给出了一种准确的反演算法并且做出了验证。同时通过我们所提出的反演算法以及基于计算机的仿真验证了这种根据层叠结构设计理念构造的具有双各向异性的超材料结构的设计和均质化过程。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34;O441
【部分图文】：

示意图,异向介质,电磁波,真空

但是通过人工构造的异向介质，就有非一般的特波入射到异向介质表面，经过表面的折射波束跟入介质的负折射率。负 Snell 折射、逆 Doppler 效应位移效应[56]等等，这些都源于异向介质的负折射负 Snell 折射、逆 Doppler 效应。电磁波在两个正介质交界面之间发生折射时，折射这个现象的产生源于入射波与折射波的切向场量（续性条件。然而在异向介质中，会有非常反向的现质，这里正介质的介电常数和磁导率都为正数，异有一束平面波穿过这两种介质时，在介质的交界处射现象，并且折射波与入射波出现在法线的同侧，质的负 Snell 折射，另一方面是电磁波在异向介质走向恰恰相反，而且能量走向一般是远离交界面的

金属棒,周期结构,阵列,金属线

Pendry 在 1996 年和 1999 年，先后提出了两种一个是周期排列的金属线阵列结构，另一个是周期排列的金属分别等效负介电常数[59,60]和负磁导率[61]。Pendry 最早提出的材料结构，这种 SRR 结构可以用电路中的 LC 电路模型来理，臂相当于电感，电磁波在一定频率下会发生谐振，这个谐观上讲，通常用介电常数和磁导率来解释这个现象。这一发质奠定了强有力的基础。介电常数介质-金属 Wire 阵列实现电谐振可以实现电谐振是因为金属线等效为具有负介电常数的介质效介电常数值。在 xyz 三维空间中是金属线的周期性排列结方向是无限长的，半径为 r，如图 2.2 所示。下面我们根据 Pe阵列结构的等离子体频率[55]。场极化的方向为 z 方向，这里周期 a 很小，则在金属线内运：

谐振环,周期结构,阵列,环电压

图 2.3 开路谐振环 SRR 阵列的周期结构图达式为：2ext 02 rH H ja路上的总电动势满足下面的关系：1 2emf dl E 2 rE 2 rE 220 int 0 02d rds H i r H j jdt a 表示导体的损耗，这里我们可以假设 SRR 环的环电压分布为： out 2V x E x r 0 x 2 r in 2V x E x 0 x r

【相似文献】