左手材料的構(gòu)造及其在微波工程中的應(yīng)用研究.pdf

1、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)的左手材料的提出，極大的顛覆了經(jīng)典電磁學(xué)和傳統(tǒng)光學(xué)，其迷人而獨(dú)特的電磁特性吸引了眾多優(yōu)秀的科研人員投身其中，這也使得左手材料在不到十年的時(shí)間里，其理論和實(shí)踐方面取得了非凡的成就。然而，與其他任何成熟理論的形成過程一樣，左手材料也需要經(jīng)過一個(gè)不斷發(fā)展直至成熟的過程。目前該領(lǐng)域的研究仍處于一種探索前進(jìn)的狀態(tài)，尚有許多理論和實(shí)踐方面的工作亟待完善，尤其是在左手材料的構(gòu)造、異常電磁特性的分析以及工程應(yīng)用等方面還存在大量的

2、研究工作，本文即圍繞這些方面進(jìn)行展開：
　　 本文首先提出了一種在TE10矩形波導(dǎo)中填充金屬線陣和鐵氧體合成的左手通帶可調(diào)的新型左手材料，深入分析了左手通帶可調(diào)的機(jī)理，并分別利用動(dòng)態(tài)場(chǎng)觀察法和波前跟蹤法證實(shí)了新型左手結(jié)構(gòu)的后向波傳播特性和負(fù)折射特性。第二，提出了兩種適用于由非均勻?qū)ΨQ元胞合成的左手材料的有效本構(gòu)參數(shù)提取方法，兩種方法皆考慮了等效均勻材料的有效邊界問題、折射率的實(shí)部分支取值問題以及測(cè)量或仿真噪聲對(duì)提取結(jié)果穩(wěn)定性的影

3、響，因此都具有較高的精度以及穩(wěn)定性。尤其是應(yīng)用第二種提取方法能夠計(jì)算出金屬線陣和鐵氧體合成的新型左手材料的本構(gòu)參數(shù)，這允許我們能從媒質(zhì)本構(gòu)參數(shù)的角度對(duì)新型左手材料的電磁特性作進(jìn)一步的分析。第三，詳細(xì)闡述了CRLH TL理論及其LC集總網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法，深入分析了CRLH TL終端開路或短路時(shí)形成的負(fù)階和零階諧振特性，這些新的理論既是對(duì)傳統(tǒng)傳輸線理論和諧振器理論的拓展，也可作為構(gòu)造和分析新型傳輸線型左手材料的理論基礎(chǔ)。第四，系統(tǒng)的分析了基于

4、CSRR的微帶-ε線和左手線的電磁特性，結(jié)合左手線的集總等效模型分析了實(shí)現(xiàn)寬帶諧振型CRLH TL的條件，并最終利用微帶-ε線等效電路模型中并聯(lián)支路的諧振特性實(shí)現(xiàn)了具有陡峭下降沿的低通濾波器，以及利用了左手線具有的非線性色散頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)了雙頻工作的定向耦合器。最后，提出了一種簡(jiǎn)化的CRLH TL結(jié)構(gòu)，以CRLH TL理論為基礎(chǔ)，對(duì)新結(jié)構(gòu)的色散和阻抗特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)寬帶甚至是超寬帶的阻抗匹配帶寬，利用該特性實(shí)現(xiàn)了具有擴(kuò)