微波異向介質的實驗及理論研究.pdf

1、異向介質是本世紀初物理學和電磁學的重要發(fā)現(xiàn)，它是等效介電常數(shù)和等效磁導率同時為負數(shù)的人造介質。異向介質的研究突破了傳統(tǒng)電磁場理論中的一些重要概念，它的深入研究成果將在許多領域有重大的應用。異向介質的研究是物理學和電磁學最前沿的課題之一。本論文對周期性排列的金屬條和兩側開口的金屬諧振環(huán)這種典型微波異向介質結構進行了實驗和理論的深入研究。 論文實驗方面的主要研究工作和創(chuàng)新成果如下：1、設計制作了體積較大的金屬條和金屬諧振環(huán)的組合結構

2、，研究了電磁波在這種結構中的傳輸特性。實驗證實了當電磁波的電場方向與金屬條方向相同，磁場方向與金屬諧振環(huán)的軸向方向相同時，在一定的頻率范圍內，介質的等效介電常數(shù)和等效磁導率同時為負數(shù)； 2、實驗研究了位于異向介質中的鞭天線的輻射特性。實驗表明異向介質能夠使天線的方向性更強。實驗還發(fā)現(xiàn)了天線的輻射在異向介質與空氣的分界面處的負折射現(xiàn)象； 3、設計制作了用于棱鏡實驗的實驗裝置，分別用聚四氟乙稀和異向介質構成的三角形棱鏡進行電

3、磁波斜入射到介質分界面的實驗。實驗證實了異向介質和常規(guī)介質分界面處的負折射現(xiàn)象。 論文運用三維FDTD方法對電磁波在平板、棱鏡和圓柱形的異向介質中的傳播進行了計算模擬。針對異向介質的結構特點，在模擬計算中采用了一些新的處理手段和分析模型。例如，在兩個方向上設置周期性邊界條件以產生理想的均勻平面波和無限大的異向介質。論文完成了以下的模擬計算： 1、運用相位提取技術對電磁波在平板狀異向介質內傳播時相位的變化進行了計算，給出了

4、明確的相位變化曲線； 2、模擬了電磁波斜入射到異向介質和常規(guī)介質的分界面時折射波的傳播規(guī)律，得出非常直觀的折射波傳播圖； 3、用計算異向介質內的相速和測量折射角兩種方法計算了介質不同頻率的負折射率，這兩種計算方法的計算結果吻合得很好； 4、研究了金屬條和金屬諧振環(huán)間的介質板對負等效介電常數(shù)和負等效磁導率頻率范圍的影響，給出了比較準確的頻率范圍值； 5、構造了一種用金屬條板和金屬諧振環(huán)板搭成的無限長圓柱形異