左手材料的構(gòu)造及其在微波工程中的應用研究.pdf

1、介電常數(shù)和磁導率同時為負的左手材料的提出，極大的顛覆了經(jīng)典電磁學和傳統(tǒng)光學，其迷人而獨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間里，其理論和實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的狀態(tài)，尚有許多理論和實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行展開：
　　 本文首先提出了一種在TE10矩形波導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)的機理，并分別利用動態(tài)場觀察法和波前跟蹤法證實了新型左手結(jié)構(gòu)的后向波傳播特性和負折射特性。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、折射率的實部分支取值問題以及測量或仿真噪聲對提取結(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。尤其是應用第二種提取方法能夠計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)的角度對新型左手材料的電磁特性作進一步的分析。第三，詳細闡述了CRLH TL理論及其LC集總網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法，深入分析了CRLH TL終端開路或短路時形成的負階和零階諧振特性，這些新的理論既是對傳統(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設(shè)計了雙頻工作的定向耦合器。最后，提出了一種簡化的CRLH TL結(jié)構(gòu)，以CRLH TL理論為基礎(chǔ)，對新結(jié)構(gòu)的色散和阻抗特性進行了分析，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)寬帶甚至是超寬帶的阻抗匹配帶寬，利用該特性實現(xiàn)了具有擴