超材料特性參數(shù)理論描述及其驗(yàn)證算法研究.pdf

1、眾所周知，在自然界中絕大部分的材料其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均為正值，而電磁超材料作為一種人工合成材料，在一定的頻域內(nèi)其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均表現(xiàn)為負(fù)值，并具有常規(guī)材料所不具備的一些特性。由于這些新穎的特性，科學(xué)家對此進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了突破性進(jìn)展。本文通過電磁理論公式的推導(dǎo)、超材料單元的仿真和超材料參數(shù)的非線性擬合處理，對超材料進(jìn)行特性參數(shù)理論描述及其驗(yàn)證算法的研究。
　　本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　1.本文以超材料的基

2、本電磁理論為基礎(chǔ)，介紹超材料的定義及其電磁特性，對超材料的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述，并對三種超材料特性參數(shù)提取方法進(jìn)行闡述和分析。
　　2.本文對周期性電諧振單元、周期性磁諧振單元和周期性電磁耦合單元構(gòu)成的三種不同結(jié)構(gòu)的超材料進(jìn)行特性參數(shù)理論描述。由于諧振單元存在磁反諧振、電反諧振或電磁耦合現(xiàn)象，沿用傳統(tǒng)的電磁理論公式會造成極大誤差。本文以Maxwe ll方程組的場分析為基礎(chǔ)，對超材料進(jìn)行理論描述。對于介質(zhì)厚度h很小的超材料，介質(zhì)中的介電常數(shù)

3、和磁導(dǎo)率等效為平面內(nèi)的電流和磁流，通過線性疊加原理得出的總電場和總磁場確立空間內(nèi)色散關(guān)系，進(jìn)而理論上得出電諧振、磁諧振結(jié)構(gòu)的超材料特性參數(shù)表達(dá)式和電磁耦合結(jié)構(gòu)的本構(gòu)矩陣?yán)碚摴健?br>　　3.本文利用非線性擬合技術(shù)，提出了一種基于超材料特性參數(shù)理論描述的驗(yàn)證算法。通過S參數(shù)逆推法和本文推導(dǎo)的特性參數(shù)理論公式，結(jié)合非線性擬合技術(shù)，分別得到三種不同結(jié)構(gòu)的超材料關(guān)于介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和折射率的曲線圖。對特性參數(shù)理論值曲線和提取值曲線進(jìn)行驗(yàn)證分