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左手媒质结构的实现研究与仿真

作　者: 赵晖
导　师: 崔铁军
学　校: 东南大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 左手媒质开口环谐振器双螺旋谐振器负磁导率负介电常数负折射率
分类号: O441
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 316次
引　用: 3次
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内容摘要

1968年,前苏联科学家Veselago第一次对具有负介电常数和磁导率的介质(左手媒质)进行了理论研究,发现了负折射率和逆多普勒现象。Pendry第一次提出了在微波频段的实现结构,周期排列的开口环谐振器(SRR)可以实现负磁导率,周期排列的金属线可以实现负介电常数。2000年,Smith第一次实验验证了Pendry的设计,测到了负的折射率,结果发表在2001年的《科学》杂志上。之后,国际上展开了大量的关于左手媒质的研究。Pendry所提出的应用SRR和金属线实现的左手媒质结构有几个明显缺陷,高损耗,窄频带,相对大的结构尺寸使得这个结构还不能进入实用阶段。SRR的单元尺寸相对于自由空间的电磁场波长大概是十分之一波长左右,对于等效介质来说,希望单元尺寸相对于波长要小得多。本文首先通过对国外报道的宽带磁谐振器追踪研究,比如Ω结构,S结构,总结出拓宽负磁导率频带的设计方法,为自己设计磁谐振器奠定基础。然后本文提出两种新的左手媒质结构来降低谐振频率。在相同单元尺寸的条件下,双螺旋电感结构的等效负磁导率的频率远低于传统的SRR结构。通过理论分析和电磁仿真,本文证明了双螺旋电感结构具有比较好的特性。同时,对由该双螺旋结构和金属线组成的左手媒质进行了频域仿真,获得的比较好的结果,实现了降低谐振频率的要求。还有一种是单螺旋电感结构,它的电感更加大,所以其谐振频率更加低,但是其电容要小,电阻也要大于双螺旋电感结构。仿真显示,它的谐振强度不如双螺旋电感结构。由于缺少针对有限周期结构的软件算法,而实际应用又都是有限周期(比如左手媒质的阵列),本文提出了针对有限周期结构的改进的子域全域基函数方法,大大加速了计算有限周期矩阵的速度,特别适合于左手媒质结构的电磁仿真,比如开口谐振环阵列。改进子域全域基函数方法基于矩量法,使用了子域全域基函数,但是改进了测试函数,使得计算效率得以提高。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 绪论  8-10
  1.2 金属线构成的低频等离子体  10-12
  1.3 开口环谐振器  12-15
  1.4 左手介质的实现  15-18
  1.5 对左手媒质的仿真手段  18-20
第二章新的磁谐振结构  20-36
  2.1 设计目标和方法  20-27
  2.2 PCB 板上的双螺旋结构  27-32
  2.3 PCB 板上的螺旋结构  32-35
  2.4 小结  35-36
第三章新型左手媒质结构  36-39
第四章左手媒质结构的快速电磁仿真方法：改进的子域全域基算法  39-47
  4.1 简介  39
  4.2 公式推导  39-41
  4.3 数值结果  41-46
  4.4 小结  46-47
参考文献  47-49
致谢  49

左手媒质结构的实现研究与仿真

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