低频电磁材料的小型化研究及应用

发布时间：2017-09-19 12:15

  本文关键词：低频电磁材料的小型化研究及应用

  更多相关文章： 电磁超材料 负介电常数 负磁导率 小型化

【摘要】：电磁超介质作为一种人工材料近年来得到了广泛的关注和深入的研究,因其具有很多极具利用价值的奇异特性,如今在通信、雷达等领域获得广泛的应用。然而,电磁材料在制作成器件时受频率的影响较大,低频的电磁材料往往因为其面积较大,制约了其应用,尽管在GHz、THz以及光波波段的MMs研究非常多,但是对于工作频率低(主要位于10Hz-1000MHz范围内),采用谐振型MMs模型,单元尺寸较大再加上介质损耗的影响,设计MHz频段的MMs仍然是研究的一个难点,因此寻找简单有效的设计方法使其小型化显得尤为重要。首先,本文介绍了电磁超材料的研究背景和发展现状,介绍了几种常见的电磁超材料,然后针对谐振型电磁超材料介绍了其等效本够参数的实现物理机制,以及电磁超材料的几种研究方法,包括S参数反演法以及等效电路法。此外,通过CST仿真软件,设计了两种单负材料,第一种为简单开口谐振环(SRR)结构,第二种为简单“1”字型谐振结构。两种结构都为金属敷层和介质基板两层结构,分别实现磁谐振与电谐振,通过S参数分析,验证了其单负特性。利用等效电路模型的分析方法,对两种结构表面电流的分析,在其上特定位置加载集总元件,改变其中集总参数的大小,使得材料在同样单元尺寸的情况下达到谐振频率可调,实现了同尺寸下低频吸波特性以及低频频率选择特性。同时,本文在前面两种简单磁谐振与电谐振结构的基础上提出了组合结构,首先设计了一种单电容可调控双负材料,将金属铜条与方形SRR环进行了组合,在方形SRR环中加载电容元件,金属铜条为结构提供了负的介电常数,方形SRR环为结构提供了负的磁导率,通过调节加载电容值的大小来实现材料的频率可调特性；然后设计了一种双电容可调控双负材料,在金属铜条与方形SRR环中各串联一个电容元件来实现材料的双负特性；接着将三层金属铜条结构进行了组合设计了出了一种频率可调吸波材料,在每层金属铜条中分别加载一个电阻元件和一个电容元件,加载电阻实现材料的吸波特性,加载电容实现材料的频率可调特性,通过调节加载的电阻值和相邻铜条间的间距来调节整个结构的吸收系数；最后将金属铜条与SRR环进行组合设计了另一种频率可调的吸波材料,相比于多层结构,该模型的吸收系数更大,接近于1,但存在着最大吸收峰值带宽较窄的缺陷。通过反演S参数分析,采用集总加载的方式是将材料小型化的可行手段,采用加载电阻元件的方式是实现材料吸波特性的有效途径。本文对电磁超材料的小型化的研究,让电磁超材料具有了更加广阔的应用前景和研究价值。
【关键词】：电磁超材料 负介电常数 负磁导率 小型化
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 研究的背景和意义8
• 1.2 人工电磁材料的发展8-12
• 1.3 频率选择表面12-16
• 1.4 吸波材料16-18
• 1.5 电磁波的极化18-19
• 1.6 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 电磁超材料的理论基础21-39
• 2.1 谐振型电磁超介质的基本理论21-28
• 2.2 周期吸波结构的研究方法28-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第3章 两种基本超材料结构的加载仿真39-47
• 3.1 基于“1”字型谐振结构的加载试验39-42
• 3.2 基于开口谐振环(SRR)结构42-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 多种组合超材料结构的仿真47-57
• 4.1 单一电容可调控双负材料47-50
• 4.2 双电容可调控双负材料50-52
• 4.3 频率可调吸波材料152-54
• 4.4 频率可调吸波材料254-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 总结57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 个人简介64-65

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本文编号：881583