磁电耦合双各向异性metamaterial的电波传播与天线应用
本文选题:波阻抗 切入点:磁电耦合材料 出处:《杭州电子科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:伴随着metamaterial研究的迅速发展,双各向异性介质越来越得到人们的重视。基于双各向异性介质的应用也越来越普及化。本文主要研究的是磁电耦合双各向异性metamaterial中电波传播的特性和相关天线的应用。通过采取非平衡的开口谐振环(SRR)的结构,实现了一种具有非对称特性的双各向异性metamaterial,即磁电耦合metamaterial,主要从公式推导的角度阐述了结构非对称性的特性,电波在该磁电耦合双各向异性metamaterial的影响下传播方式将发生改变,基于此天线的辐射得到增强或者是抑制。本文主要的工作内容如下:1、首先本文的第一、二章介绍了具有非对称特性的磁电耦合metamaterial的相关研究背景,详细介绍了磁电耦合metamaterial的特性、谐振禁带特性以及参数反演的原理,引入时空反演非对称的概念,双各向异性介质在时空反演的条件下是不对称的,即其本构关系中的电磁耦合系数在空间上是非对称的。2、本文的第三章是本文的重点章节,这里从Maxwell方程出发进行了公式推导得出了波阻抗在空间上的非对称性,并且进行了分析说明在何种情况下双各向异性介质可以发生谐振,在谐振的条件下该介质可以实现人工磁导体的特性从而可以对天线以及其他射频器件的性能进行改善。最后对磁电耦合metamaterial的电磁参数反演进行了相关的计算推导。3、本文第四、五章是将理论运用到实践中去的章节,首先进行了基于非平衡开口谐振环的磁电耦合metamaterial的仿真分析,得到合适的双各向异性结构,分析其谐振禁带,通过仿真得到的数据用反演算法提取出了metamaterial结构的介电常数和磁导率。其次再结合相应的天线进行相应的仿真,该磁电耦合metamaterial一侧的放大辐射以及另一侧的压制辐射得到了相应的验证。仿真之后本文将该metamaterial结构和两种天线即巴伦偶极子天线以及宽带微带天线进行了实物的制作,将天线结合电磁metamaterial进行了相应的实验,实验很好地验证了上述结论。
[Abstract]:With the rapid development of metamaterial research, The application of bianisotropic media is becoming more and more popular. In this paper, the characteristics of radio wave propagation in magnetoelectrically coupled bianisotropic metamaterial and the related antennas are studied. Application. By taking an unbalanced open resonant ring (SRR) structure, In this paper, a bianisotropic metamaterial with asymmetric characteristics, that is, magnetoelectrically coupled metamaterial, is realized. From the angle of formula derivation, the characteristics of structural asymmetry are expounded, and the propagation mode of the electric wave will change under the influence of the magnetoelectrically coupled bianisotropic metamaterial. Based on the radiation enhancement or suppression of this antenna, the main work of this paper is as follows: 1. The first and second chapters of this paper introduce the research background of magnetoelectric coupling metamaterial with asymmetric characteristics. The characteristics of magnetoelectric coupling metamaterial, resonant band gap and the principle of parameter inversion are introduced in detail. The concept of asymmetric spatio-temporal inversion is introduced. The bianisotropic medium is asymmetric under the condition of spatio-temporal inversion. That is, the electromagnetic coupling coefficient in the constitutive relation is asymmetrical in space. The third chapter of this paper is the key chapter of this paper. In this paper, the asymmetry of wave impedance in space is derived from the formula of Maxwell equation. And the analysis shows that the bianisotropic medium can resonate under what conditions. Under the condition of resonance, the dielectric can realize the characteristics of artificial magnetic conductor and improve the performance of antenna and other RF devices. Finally, the inversion of electromagnetic parameters of magnetoelectric coupling metamaterial is calculated and deduced. Chapter five is the chapter of applying the theory to practice. Firstly, the simulation analysis of magnetoelectric coupling metamaterial based on non-equilibrium open resonant ring is carried out, and the suitable bianisotropic structure is obtained and its resonant band gap is analyzed. The permittivity and permeability of the metamaterial structure are extracted by the inversion algorithm. Secondly, the corresponding simulation is carried out with the corresponding antenna. The amplifying radiation on one side of the magnetoelectrically coupled metamaterial and the suppression radiation on the other side have been verified. After the simulation, the metamaterial structure and two kinds of antennas, the Barron dipole antenna and the wideband microstrip antenna, are fabricated in this paper. The antenna is combined with electromagnetic metamaterial and the experimental results show that the above conclusions are well verified.
【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】:2017
【分类号】:TN011
【参考文献】
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,本文编号:1680619
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