新型負(fù)折射率微波媒質(zhì)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、負(fù)折射率媒質(zhì)的等效介電常數(shù)與等效磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)，具有非常奇異的電磁特性，在軍事和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。因此，探索和發(fā)展負(fù)折射率媒質(zhì)的人工合成方法具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本學(xué)位論文基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“可控調(diào)諧型負(fù)折射率微波材料的合成方法及特性研究”的研究目標(biāo)，對(duì)基于絕緣型亞鐵磁材料人工合成出具有可調(diào)諧特性的負(fù)折射率微波媒質(zhì)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究，論文主要研究工作及取得的創(chuàng)新性成果如下： 一.利用有效媒質(zhì)理論設(shè)計(jì)

2、出一種C波段負(fù)等效折射率的復(fù)合媒質(zhì)，數(shù)值計(jì)算并分析了該復(fù)合媒質(zhì)的等效介電常數(shù)與等效磁導(dǎo)率的頻率響應(yīng)特性。計(jì)算結(jié)果表明，在磁導(dǎo)率為負(fù)的絕緣型亞鐵磁材料-YIG內(nèi)均勻嵌入等效介電常數(shù)為負(fù)的金屬導(dǎo)體線陣列結(jié)構(gòu)，所構(gòu)成的復(fù)合媒質(zhì)的等效介電常數(shù)在5.269-7.332 GHz頻段內(nèi)為負(fù)，等效磁導(dǎo)率在5.587-6.149 GHz頻段內(nèi)為負(fù)，從而在頻段相互重疊的C波段內(nèi)，其等效折射率為負(fù)，驗(yàn)證了分析方法的有效性。 二.利用基于三維時(shí)域有限積

3、分法的電磁場(chǎng)仿真程序模擬了設(shè)計(jì)的復(fù)合媒質(zhì)的電磁特性。仿真結(jié)果表明，在導(dǎo)體線周期陣列結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)為負(fù)的7.02-9.80 GHz頻段與基體YIG等效磁導(dǎo)率為負(fù)的5.22-8.14 GHz頻段相重疊的7.51-8.13 GHz頻段內(nèi)，入射電磁波能夠通過(guò)復(fù)合媒質(zhì)，并在復(fù)合媒質(zhì)與常規(guī)正折射率媒質(zhì)的交界面處發(fā)生了負(fù)折射現(xiàn)象，證實(shí)了復(fù)合媒質(zhì)在該帶寬內(nèi)等效折射率為負(fù)，驗(yàn)證了新型負(fù)折射率微波媒質(zhì)設(shè)計(jì)方法的可行性。 三.設(shè)計(jì)并加工出基于合金

4、鋼的直流磁場(chǎng)發(fā)生器和基于軟磁鐵氧體的交流磁場(chǎng)發(fā)生器，并對(duì)兩種磁場(chǎng)發(fā)生器的磁場(chǎng)分布特性進(jìn)行了測(cè)量和實(shí)驗(yàn)研究。直流磁場(chǎng)發(fā)生器在電流為3．56安培時(shí)，氣隙中央平面92 mm×92 mm區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2480-2510高斯，最大波動(dòng)為30高斯；交流磁場(chǎng)發(fā)生器在電流為5.99安培時(shí)，氣隙中央平面96 mm×96 mm區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2570-2600高斯，波動(dòng)在30高斯以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果基本一致，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 四