全介质异向介质的等效介质理论、实现及应用

论文摘要

异向介质作为当前电磁领域的热点课题,其实现与应用受到人们的广泛关注。异向介质的研究在理论、实验和应用等方面均已取得了巨大的进展,然而,该研究的进一步深入却受到了很大的制约:由于金属材料的色散效应,广泛应用于微波频段的金属结构谐振器异向介质,不再适用于太赫兹及以上波段;金属谐振器也限制了异向介质的三维实现。本文根据Maxwell方程组及本构方程中传导电流与位移电流对于物质电/磁偶极距的相同贡献,提出了用位移电流取代传导电流、并利用高介电常数的介质柱谐振器的特定谐振模式来构造异向介质的全新方法,进行了计算机仿真和实验验证。本文还将二维结构进一步扩展到三维,以相互交叉的介质柱阵列构成三维异向介质,亦通过数值实验对其负效应进行了验证。本文通过对全介质异向介质的灵活设计,进一步将其应用于诸多方面。通过研究电磁波亚波长成像的机理,利用各向异性全介质异向介质实现了能够进行近场和远场亚波长成像的平板透镜。通过研究线电流源在各向异性介质中的辐射,利用全介质异向介质实现了高指向性天线。本文还将该异向介质用于电磁隐身的研究,建立了简化参数隐身衣的散射模型,提出了利用折射率分布来设计隐身衣和实现近似完美隐身的思路,并利用各向异性全介质异向介质予以实现。最后,本文对完美三维隐身衣对放置于其内部的静电荷所具有的特殊电磁效应也进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.1.1 异向介质的研究起源
• 1.1.2 异向介质的人工实现
• 1.1.3 异向介质的应用
• 1.1.4 异向介质研究遇到的瓶颈问题
• 1.2 论文的研究目的、意义及内容
• 第二章 异向介质的基本电磁学问题
• 2.1 异向介质的基本概念
• 2.2 异向介质的电磁特性
• 2.2.1 负Snell折射
• 2.2.2 逆Doppler效应
• 2.2.3 逆Cerenkov辐射
• 2.2.4 逆Goos-H（a|¨）nchen位移
• 2.3 异向介质的构造理论
• 2.3.1 等效负介电常数介质—金属Wire阵列
• 2.3.2 等效负磁导率介质—金属SRR阵列
• 2.3.3 双介质球体阵列异向介质
• 2.4 本章小节
• 第三章 物质本构关系的电磁模型与等效介质理论
• 3.1 物质宏观本构关系的电极化模型
• 3.2 物质宏观本构关系的微观模型（Lorentz模型）
• 3.3 等效介质的Maxwell-Garnett理论
• 3.4 本章小结
• 第四章 全介质异向介质的理论、实现与实验验证
• 4.1 引言
• 4.2 全介质异向介质的均质化理论
• 4.2.1 全介质异向介质均质化的可行性
• 4.2.2 二维对称BST柱谐振器阵列的均质化
• 4.2.3 二维非对称BST柱谐振器阵列的均质化
• 4.2.4 基于BST柱阵列的三维异向介质
• 4.3 全介质异向介质的实验验证
• 4.4 本章小结
• 附录 4.1 BST陶瓷
• 第五章 基于全介质异向介质的亚波长成像
• 5.1 基于异向介质平板的成像理论
• 5.2 各向同性全介质异向介质构造平板透镜
• 5.3 各向异性全介质异向介质构造平板透镜
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于各向异性全介质异向介质的定向辐射
• 6.1 线电流源在各向异性异向介质平板中的辐射
• 6.2 应用全介质异向介质实现定向辐射
• 6.3 本章小结
• 第七章 基于全介质异向介质的电磁隐身研究
• 7.1 基于坐标变换的完美二维圆柱形隐身衣
• 7.2 圆柱坐标下的多层结构电磁隐身理论
• 7.3 基于全介质异向介质的电磁隐身设计
• 7.4 三维电磁隐身及其全介质实现的设想
• 7.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果