微波段新型人工電磁結構的實驗與應用研究.pdf

1、新型人工電磁結構包括各種構成人工電磁媒質(如左手媒質、電等離子體、磁等離子體、漸變電磁媒質等)的基本單元以及由這些基本單元組成的周期/非周期結構，是近年來國際物理界、電磁界、材料界的研究前沿和熱點，其研究內容分別于2003年和2006年兩次被《科學》雜志評為年度十大科技進展之一。 本文從新型人工電磁結構的電磁特性分析入手，提出了獲取等效媒質參數及電路參數的兩種改進方法。隨后研究了由人工電磁結構組成的新型人工電磁媒質的奇異特性——

2、凋落波放大，通過對多種媒質組合的理論分析，導出了凋落波放大條件，并進行了相應的仿真建模與實驗驗證。針對不同應用要求，提出了幾種新型的人工電磁結構單元，將其分別應用于新型微波器件及天線設計之中，研究設計了一系列具有新型特性和功能的微波器件與天線。最后研究了基于高介電常數介質塊的諧振特性及等效媒質參數，提出了具有機械可調功能的新型人工電磁結構?；诖诵滦徒Y構設計完成了機械可調諧振器及波束可控的偏折和匯聚“透鏡”。 本文的主要工作包括

3、以下幾個方面： 1.提出了分別用于人工電磁結構的等效媒質及電路參數提取的兩種改進方法，使之能更精確地獲得電磁分析及電路設計所需的等效媒質參數及電路模型元件值。 2.基于不同媒質組合，理論分析了凋落波放大機理及不同實現(xiàn)條件。先通過電路和電磁全波仿真驗證了理論分析的止確性，隨后通過設計相應的實驗進一步驗證了凋落波的放大現(xiàn)象及放大特征。 3.結合所提出的改進型參數提取方法，完成了凋落波放大的精確設計，為利用凋落波放大特

4、性設計新型微波器件或天線的研究提供了有效分析設計方法。 4.提出了新型自諧振式開口諧振環(huán)、簡化型復合左右手傳輸線結構及半封閉型復合左右手傳輸線結構等三種改進的人工電磁結構單元，分析了它們的電磁響應特性，并獲取了其等效媒質參數及等效電路模型。 5.結合所提出的三種新型人工電磁結構單元，設計完成了一系列具有更優(yōu)性能的微波器件，如諧振器、濾波器、分支耦合器、功分器、移相器等。 6.分析了新型人工電磁結構在天線設計中的應

5、用，設計了基于開口諧振環(huán)及半封閉型復合左右手傳輸線結構的新型饋電網絡、基于新型開口諧振環(huán)的天線輻射單元、以及基于等效折射率漸變媒質的新型天線輻射背景。 7.研究了高介電常數介質塊的自諧振及其電磁響應特性，提出了一種介質加載金屬柱的機械可調電磁結構。分析了不同金屬柱長度下的等效媒質特性，并通過仿真設計實現(xiàn)了同頻率點的電和磁雙諧振，進而提取得到基于單個自諧振單元的等效負介電常數和負磁導率。 8.將介質加載金屬柱的機械可調人工