全极化宽带角度选择透明结构研究

发布时间：2021-07-06 06:29

　　空间电磁波有三个基本属性:频率、极化和传播角度,根据这三个属性选择电磁波是调控电磁波的基本要求。过去几十年,电磁波的频率和极化选择技术都经历了巨大发展并获得了广泛应用。相比而言,电磁波角度选择技术发展就慢得多,极大限制了其在很多领域的重要应用。目前已实现的宽带电磁波角度选择技术均只能对一种极化波工作,即TM极化波。本文基于一维光子晶体的禁带效应及各向异性人工磁性材料具有的TE、TM极化布儒斯特效应,研究了TE极化、全极化超宽带角度选择透明结构的设计机理,并进行了仿真分析及实验验证。首先,本文阐述了与本研究内容相关的电磁理论及数值算法,重点介绍了光子晶体理论及人工电磁材料构造方法,推导了多层各向异性平板的反射和透射系数迭代算法及斜入射条件下人工电磁材料本构参数反演算法,并撰写了相关程序,为本文奠定理论与算法基础。其次,本文介绍了传统TM极化宽带角度选择透明结构的设计机理,并提出了利用磁各向异性材料构造光子晶体结构来实现TE极化宽带角度选择透明结构的设计思路。本章节我们给出了超宽带磁各向异性材料的设计方法及仿真结果,并利用多层各向异性平板的反射和透射系数迭代算法得到了超宽带TE极化角度选择... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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一维光子晶体

浙江大学硕士学位论文相关理论与算法7图2.1一维光子晶体一维光子晶体在结构上易于制备，通过人工控制光子晶体中介电材料之间介电常数的配比和光子晶体的周期性结构，可以制备具有各种带隙的光子晶体。2.3多层各向异性平板的反射和透射系数迭代算法2.3.1TE极化反射和透射系数迭代算法现有的商业电磁仿真软件CST、HFSS等为各种电磁结构的特性仿真及计算提供了很大便利，但随着模式网格数量的增加和结构的复杂化，计算变得很耗时，因此需要一种高效同时精确的计算方法。本小节我们研究多层各向异性平板的反射和透射系数迭代算法，为一维光子晶体的传输特性分析奠定基矗首先，我们从电磁场边界条件出发，推导TE极化波入射到任意多层各向异性平板的反射和透射系数计算方法。TE极化的平面波入射到多层平板材料的示意图如图2.2所示。图2.2TE极化波入射到多层平板材料假设共有n层各向异性平板处在自由空间中，某电场沿着y方向极化的平面电磁波从自由空间以角度i入射到多层平板材料上。电场只能感受到多层平板材料在y方向的

浙江大学硕士学位论文相关理论与算法11图2.3TM极化的平面波入射到多层平板结构磁场仅能感受到材料在y方向的相对磁导率，而电场取决于x方向和z方向的相对介电常数。同样，令其他无关参数均为1，则多层介质结构中第m层平板材料的本构参数可以表示为=0amb(a,1,a)和=0amb(1,a,1)。与TE极化波的反射和透射系数求解过程类似,1和1可通过m-1次循环代入求解。临时变量设置为0=1+1=1+1110aa11a，反射系数表述为：=010+1(2.24)最终，TM极化波的透射系数T表述为：=aa+aa(2.25)2.4人工电磁材料人工电磁材料，或超材料，指的是基本结构单元按照一定拓扑结构排列构成的复合材料[33]。与天然材料相比，人工电磁材料具有很多不同寻常的物理性质。从微观角度来看，一切万物究其根本都是由原子构成。电磁波领域研究的自然材料或人工材料也都是由很多微观原子构成，这些材料的各种性质例如极化特性、磁化特性等，本质上也是由这些微观原子及其排列确定的。与一般考虑的电磁波波长相比，微观原子的尺寸往往非常小，甚至可以忽略不计，因此在研究这些材料内部的电磁场时，可以将其视作平均化处理。自然界中的材料是由大量原子构建而成，其宏观属性一般情况下主要取决于对应原


本文编号：3267724