论文摘要
2006年英国物理学家J. B. Pendry提出了变换光学理论。基于麦克斯韦方程组的空间坐标变换不变性,人们可以通过坐标变换的方法来控制电磁波的传播特性。用变换光学理论设计各种新颖的电磁波调控器件成为近期的研究热点之一。然而绝大多数变换光学的工作都集中在理论设计阶段。近年来,随着人工电磁材料的发展,部分基于变换光学理论设计的电磁波调控器件已经被实验验证,使得这项研究具有了实际应用的意义。而选择合理的坐标变换来设计材料参数相对简单而较易实现的电磁波调控器件,成为了目前在设计过程中需要重点关注的问题。基于这样的背景,本文根据变换光学理论设计并分析了几种电磁波调控器件。这些电磁波调控器件在后向反射器、抛物面天线、波束偏转器等方面都有比较实际的应用价值。首先,我们用线性变换设计了两种平面反射器。第一种为平面后向反射器,该平面后向反射器通过在一个反射平面上覆盖均匀各向异性的变换媒质来实现。基于有效介质理论,文中通过两种交替分层堆叠的各向同性材料来等效各向异性的变换媒质。数值仿真结果表明,该平面后向反射器具有与传统后向反射器非常相近的电磁波散射性能,并且能够工作在一个较宽的频带内。第二种为平面抛物面反射器,采用同样的方法我们设计了一个具有抛物面反射器性能的平面反射器。该器件能够将抛物面焦点处发出的球面波转换成平行于抛物面对称轴方向传播的平面波,可用于高指向性天线等。其次,我们基于共形变换的设计方法,设计了一种波束偏转器和一种具有矩形波导性能的环形波导。变换光学理论设计电磁调控器件的方法一般会得到非均匀或各向异性的复杂材料参数。如果采用共形变换,用解析的坐标变换函数,可以得到较为简单的材料参数。本文中设计的波束偏转器和环形波导都可用各向同性、非均匀材料实现。本文在设计各种电磁波调控器件时,重点考虑了其可实现性。这些设计方法同样适用于其它电磁波调控器件的设计,并可推广到其它频段。
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标签：变换光学论文; 共形变换论文; 线性变换论文; 人工电磁材料论文; 后向反射器论文; 抛物面反射器论文; 波束偏转器论文; 波导论文;