一种基于异向介质带阻滤波器的设计

论文摘要

异向介质(metamaterials)是一类由人工设计的、具有周期性微结构的、特异电磁性质的电磁材料,包括双负材料和单负材料。单负材料是指介电常数和磁导率中有且只有一个为负值的材料,包括电单负材料和磁单负材料。单负材料具有一些特殊的性质,因而受到广大学者的关注。单负材料的双层结构具有许多有趣的性质：共振,透明,反常的隧穿效应和零反射率。将双层单负材料的结构后接理想的金属板,倘若材料是有损耗的则可以在一定频率范围内实现零反射率。本论文着重研究了以单负对材料构成的反射型带阻滤波器的滤波性能并且分析了影响滤波器的反射率因素。文章的主要内容如下：首先概述了异向介质的研究现状和潜在的应用前景,研究了电磁波在单层异向介质中传播的电磁理论。在单层异向介质的基础上研究了电磁波在双层单负对材料中的传播情况,分别针对共轭匹配情况和非共轭匹配情况对磁场和能流密度在双层单负材料中的传播情况进行了数值计算。根据等效左手传输线理论对有损耗的异向介质和无损耗的异向介质进行了等效,提出了相应的等效模型。指出了这种模型的潜在应用一反射性带阻滤波器。给出了反射率的理论表达式及影响反射率的因素。最后针对影响反射率的因素进行了数值计算。数值计算表明：这种反射率带阻滤波器在一定频率范围内可以实现很好的滤波性能,而且比传统的滤波器更容易实现小型化和集成化,但是最大的缺点就是带宽较窄。相信本文将对从事metamaterials微波器件实验研究与工程设计的工作者提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 异向介质实验上的实现
• 1.2.1 基于周期金属谐振结构的微波段左手材料
• 1.2.2 基于传输线结构的左手材料研究
• 1.2.3 异向介质的新结构
• 1.3 异向介质的理论研究进展和应用前景
• 1.3.1 单负材料的研究现状及其应用
• 1.3.2 左手材料的研究现状
• 1.3.3 异向介质的应用前景
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 异向介质的理论基础
• 2.1 异向介质的基本性质
• 2.1.1 平面电磁波在左手材料中的传播
• 2.1.2 一般有耗媒质中的平面波
• 2.2 电磁波在异向介质中的传播
• 2.2.1 电磁波在异向介质中传播的边界条件
• 2.2.2 电磁波在双层单负对材料中的传播（不加金属板）
• 2.2.3 电磁波在双层单负对材料中的传播（后接金属板）
• 2.3 对特殊情况的理论推导
• 2.3.1 TE波的推导
• 2.3.2 共轭匹配情况的推导（斜入射和垂直入射）
• 2.4 本章小结
• 第3章 均匀传输线理论
• 3.1 传输线的分布参数及其等效电路
• 3.2 均匀传输线方程及右手材料的等效传输线模型
• 3.2.1 传输线的基本方程及解
• 3.2.2 均匀传输线的传输特性和特性参数
• 3.2.3 有耗传输线
• 3.3 应用传输线理论分析左手性材料
• 3.4 应用左手传输线分析单负材料
• 3.4.1 应用传输线理论分析电单负材料（ENG）
• 3.4.2 应用左手传输线理论分析磁单负材料
• 3.5 串联和并联谐振电路
• 3.5.1 串联谐振电路的基本特性
• 3.5.2 并联谐振电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 数值计算
• 4.1 磁场和能流密度的传播情况
• 4.1.1 磁场在单负对中的传播情况
• 4.1.2 能流密度在单负材料中的传播情况
• 4.2 物理模型及其等效模型
• 4.3 数值计算结果
• 4.3.1 厚度的变化对反射率的影响
• 4.3.2 电容值的变化对反射率的影响
• 4.3.3 电感值的变化对反射率的影响
• 4.3.4 电阻的变化对反射率的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢