左手材料平板波導(dǎo)的傳輸特性.pdf

1、左手材料(LHM)是一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，電磁波在其中傳播時(shí)所表現(xiàn)出來的反常電磁特性為它創(chuàng)造了很大的應(yīng)用潛力，可以實(shí)現(xiàn)微波平板聚焦透鏡、濾波器、調(diào)制器、微型反向天線等，在微波和光學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 本論文首先介紹左手材料的概念及其發(fā)展歷史、現(xiàn)狀、應(yīng)用前景和實(shí)驗(yàn)室制備方法。然后以介質(zhì)平板波導(dǎo)理論為理論基礎(chǔ)，主要研究由常規(guī)傳統(tǒng)材料、左手材料組成的對(duì)稱和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的平板波導(dǎo)的傳輸性質(zhì)，包括其色散關(guān)系、

2、導(dǎo)模特征和能流分布情況。具體分以下幾個(gè)部分： 第一，討論了芯子層由左手材料構(gòu)成，覆蓋層和襯底由傳統(tǒng)材料組成的對(duì)稱平板波導(dǎo)的色散關(guān)系和導(dǎo)模性質(zhì)。研究表明：該左手材料波導(dǎo)既可以支持振蕩導(dǎo)模，又可以支持表面導(dǎo)模。振蕩導(dǎo)模的模式序數(shù)次序遞增，但是在任何情形下都不支持基模。表面導(dǎo)模支持兩類導(dǎo)模，一類是電場(chǎng)場(chǎng)幅與坐標(biāo)軸沒有交點(diǎn)的TE0模，另一類是電場(chǎng)場(chǎng)幅與坐標(biāo)軸有一個(gè)交點(diǎn)的TE1模。 第二，研究了一個(gè)芯子層由左手材料構(gòu)成，內(nèi)包層、襯

3、底和覆蓋層由傳統(tǒng)材料組成的四層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模特性。該波導(dǎo)出現(xiàn)了與三層左手材料波導(dǎo)不同的性質(zhì)：振蕩導(dǎo)模能夠支持基模，并且出現(xiàn)模式缺失的現(xiàn)象；表面導(dǎo)模能夠支持多個(gè)導(dǎo)模，并且出現(xiàn)模式兼并的現(xiàn)象。隨著左手材料的發(fā)展，這些新的模式特征對(duì)將來光波導(dǎo)的制作波導(dǎo)有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 第三，詳細(xì)探討了一個(gè)對(duì)稱的芯子層由左手材料構(gòu)成，內(nèi)包層和外包層由傳統(tǒng)材料制成的五層平板波導(dǎo)的傳輸性質(zhì)。該波導(dǎo)中的導(dǎo)模的特殊性質(zhì)及其能流分布得到了詳細(xì)探討，并發(fā)現(xiàn)了一

4、些新奇的性質(zhì)：對(duì)于振蕩導(dǎo)模，導(dǎo)模的性質(zhì)與各層的厚度有關(guān)，會(huì)出現(xiàn)模式缺失和模式兼并的性質(zhì)，并且在一定條件下可以支持基模；對(duì)于表面導(dǎo)模，因在內(nèi)包層存在振蕩場(chǎng)，波導(dǎo)可以支持多個(gè)高階表面導(dǎo)模；對(duì)于一個(gè)給定的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，振蕩導(dǎo)模的能流取決于左手材料層的厚度和內(nèi)包層總厚度之間的關(guān)系，表面導(dǎo)模的能流大部分都束縛在左手材料層。傳統(tǒng)材料制成的波導(dǎo)器件已經(jīng)為通訊產(chǎn)業(yè)提供了多種元器件，該五層左手材料平板波導(dǎo)奇特的性質(zhì)為研制新型的波導(dǎo)器件提供了理論基礎(chǔ)，有可能為