微波異向介質的實驗及理論研究.pdf

1、異向介質是本世紀初物理學和電磁學的重要發(fā)現(xiàn)，它是等效介電常數(shù)和等效磁導率同時為負數(shù)的人造介質。異向介質的研究突破了傳統(tǒng)電磁場理論中的一些重要概念，它的深入研究成果將在許多領域有重大的應用。異向介質的研究是物理學和電磁學最前沿的課題之一。本論文對周期性排列的金屬條和兩側開口的金屬諧振環(huán)這種典型微波異向介質結構進行了實驗和理論的深入研究。 論文實驗方面的主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：1、設計制作了體積較大的金屬條和金屬諧振環(huán)的組合結構

2、，研究了電磁波在這種結構中的傳輸特性。實驗證實了當電磁波的電場方向與金屬條方向相同，磁場方向與金屬諧振環(huán)的軸向方向相同時，在一定的頻率范圍內(nèi)，介質的等效介電常數(shù)和等效磁導率同時為負數(shù)； 2、實驗研究了位于異向介質中的鞭天線的輻射特性。實驗表明異向介質能夠使天線的方向性更強。實驗還發(fā)現(xiàn)了天線的輻射在異向介質與空氣的分界面處的負折射現(xiàn)象； 3、設計制作了用于棱鏡實驗的實驗裝置，分別用聚四氟乙稀和異向介質構成的三角形棱鏡進行電

3、磁波斜入射到介質分界面的實驗。實驗證實了異向介質和常規(guī)介質分界面處的負折射現(xiàn)象。 論文運用三維FDTD方法對電磁波在平板、棱鏡和圓柱形的異向介質中的傳播進行了計算模擬。針對異向介質的結構特點，在模擬計算中采用了一些新的處理手段和分析模型。例如，在兩個方向上設置周期性邊界條件以產(chǎn)生理想的均勻平面波和無限大的異向介質。論文完成了以下的模擬計算： 1、運用相位提取技術對電磁波在平板狀異向介質內(nèi)傳播時相位的變化進行了計算，給出了

4、明確的相位變化曲線； 2、模擬了電磁波斜入射到異向介質和常規(guī)介質的分界面時折射波的傳播規(guī)律，得出非常直觀的折射波傳播圖； 3、用計算異向介質內(nèi)的相速和測量折射角兩種方法計算了介質不同頻率的負折射率，這兩種計算方法的計算結果吻合得很好； 4、研究了金屬條和金屬諧振環(huán)間的介質板對負等效介電常數(shù)和負等效磁導率頻率范圍的影響，給出了比較準確的頻率范圍值； 5、構造了一種用金屬條板和金屬諧振環(huán)板搭成的無限長圓柱形異