電磁超材料在微波吸波體與天線中的應(yīng)用研究

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1、電子科技大學(xué)UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士學(xué)位論文DOCTORALDISSERTATION（電子科技大學(xué)圖標(biāo)）論文題目電磁超材料在微波吸波體與天線中的應(yīng)用研究學(xué)科專業(yè)無線電物理201011040109熊漢學(xué)號作者姓名指導(dǎo)教師洪勁松教授 分類號密級UDC注1學(xué)位論文電磁超材料在微波吸波體與天線中的應(yīng)用研究（題名和副題名）熊漢（作者姓名）指導(dǎo)教師洪勁松教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學(xué)位級別博士無線電物理提交論文日期2014.03.18論文答辯日期2

2、014.05.26學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)學(xué)科專業(yè)2014年6月日答辯委員會主席廖成評閱人蔡淑惠陳景標(biāo)、朱國強(qiáng)、邵維、楊雪松、注1：注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號。 RESEARCHONTHEAPPLICATIONOFELECTROMAGNETICMETAMATERIALSINMICROWAVEABSORBERANDANTENNAADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:RadioPhysicsH

3、anXiongAuthor:Advisor:Prof.Jing-SongHongSchool:SchoolofPhysicalElectronics 獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其它人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。作者簽名：日期：年月日論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大

4、學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日 摘要摘要電磁超材料（Metamaterials）是一種人工媒質(zhì)，其結(jié)構(gòu)尺寸小于外界激勵(lì)電磁波的波長，擁有自然媒質(zhì)所不具備的電磁特性。常規(guī)材料的電磁特性由組成該材料的原子和分子的屬性所決定，而超材料使我們能夠設(shè)計(jì)出我們想要的“原子”

5、，一個(gè)著名的例子是眾所周知的微波“隱形斗篷”，它獲得這種奇異電磁特性來源于超材料所用的結(jié)構(gòu)，而不是設(shè)計(jì)超材料所用材料的內(nèi)在成分。由于它有很多潛在的應(yīng)用價(jià)值，例如在天線、微波電路、吸波體等領(lǐng)域，早已引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。本文圍繞超材料在吸波體和天線的應(yīng)用方面展開研究，主要研究內(nèi)容概括為如下幾點(diǎn)：1.設(shè)計(jì)和研究了兩款超材料。第一款是單面風(fēng)車型超材料，這類單面型結(jié)構(gòu)具有制造簡單、方便集成集總組件在結(jié)構(gòu)表面來控制其左右手特性的優(yōu)點(diǎn)。首先，從數(shù)值仿真出發(fā)，分別對該結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)、磁導(dǎo)率以及折射率進(jìn)行參數(shù)提取。接著從左手頻段和右手頻段內(nèi)分

6、別取一個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行棱鏡實(shí)驗(yàn)仿真，直觀地顯示負(fù)折射和正折射現(xiàn)象。同時(shí)還研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)與電諧振和磁諧振頻點(diǎn)之間的關(guān)系。最后，用等效電路模型對其進(jìn)行理論分析，得到等效磁導(dǎo)率的解析公式，并用該公式詳細(xì)地解釋結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化與磁諧振頻率間的關(guān)系。所設(shè)計(jì)的單面風(fēng)車型超材料左手帶寬較小，才500MHz，為了拓展帶寬，設(shè)計(jì)了一款雙面超材料。經(jīng)過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，其左手帶寬有大幅度的提高。2.設(shè)計(jì)和研究了一種雙頻、極化不敏感、寬角度的單層超材料吸波體。首先，分別用TE波和TM波研究該吸波體對入射角度的敏感性，并闡述當(dāng)入射波的入射角度很大時(shí)吸收峰發(fā)

7、生偏移的原因。隨后，對該吸波體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論研究。分別對吸收頻點(diǎn)處的表面電流、電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度分布情況進(jìn)行分析，研究其吸波機(jī)理。最后，分別從金屬的歐姆損耗和介質(zhì)板的介質(zhì)損耗兩方面對這種吸波體進(jìn)行損耗研究和討論。這種吸波體的特點(diǎn)是：不管是TE波還是TM波，該吸波體都有很大的吸收角度。3.設(shè)計(jì)和研究了一款超薄、寬帶、由多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超材料吸波體。首先,對最上面的匹配層做了深入的研究，得到匹配層厚度與吸收率間的關(guān)系。接著，用理論詳細(xì)地分析了吸波體的厚度與高頻段的兩個(gè)吸收峰成反比關(guān)系的原因。同時(shí)，對該吸波體的極化穩(wěn)定性情況進(jìn)行了研究，

8、分別得到TE波和TM波入射情況下，該吸波體對電磁波吸收率跟入射角度以及頻率間的關(guān)系圖，并對圖進(jìn)行了分析。在吸波原理的研究上，分別采用反射相消原理和諧振吸收原理對吸收曲線進(jìn)行研I 摘要究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)孤立的吸收峰的形成來源于諧振吸收