復(fù)合左右手傳輸線及其相關(guān)器件的時(shí)域法研究.pdf

1、復(fù)合左右手傳輸線是實(shí)現(xiàn)微波特異材料的一種重要的人工電磁結(jié)構(gòu)，它基于傳輸線理論，利用表面微加工和表面封裝元件兩種工藝進(jìn)行制備。近年來，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、便于加工、低損耗和寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，迅速成為研究微波特異材料及其器件的一個(gè)重要的研究平臺(tái)。復(fù)合左右手傳輸線作為一類有代表性的微波特異材料，具有特異材料的相關(guān)特性：如負(fù)折射效應(yīng)、逆多普勒效應(yīng)、反常Cerenkov輻射效應(yīng)以及完美透鏡效應(yīng)等。利用復(fù)合左右手傳輸線可以構(gòu)造微

2、波特異材料耦合器、倏逝波放大電磁結(jié)構(gòu)等具有奇異電磁特性的微波器件和結(jié)構(gòu)。本文主要采用時(shí)域測(cè)量方法，結(jié)合微波探針方法，研究了特異材料對(duì)電磁波脈沖輸運(yùn)過程的影響，脈沖的幅值和調(diào)制相位隨時(shí)間和空間的變化。通過對(duì)各位置點(diǎn)上波形的提取和分析，研究微波特異材料器件中奇異界面模式（如渦旋模），以及倏逝波放大現(xiàn)象的形成機(jī)理，及其對(duì)電磁波的調(diào)控作用。 本論文共分為七章。第一章介紹了特異材料的研究背景以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。 第二章

3、介紹了本論文實(shí)現(xiàn)特異材料所采用的復(fù)合左右手傳輸線的相關(guān)理論，如電路模型、傳播參數(shù)、等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等。同時(shí)對(duì)論文所采用的模擬仿真計(jì)算方法，以及樣品的制備測(cè)量進(jìn)行了介紹。 論文的第三章用時(shí)域法研究了一維復(fù)合左右手傳輸線的傳輸性質(zhì)。我們清晰地直接觀察到，當(dāng)一個(gè)調(diào)制高斯波在復(fù)合左右手傳輸線上傳輸時(shí)，相位向前傳播，而波包向后傳播，即相速度和群速度在左手通帶內(nèi)方向相反。通過不同位置點(diǎn)的波形圖得出群延遲和相位延遲，進(jìn)而計(jì)算出相速度和群速

4、度的時(shí)域測(cè)量值，與理論計(jì)算結(jié)果和頻域測(cè)量結(jié)果非常吻合。 論文的第四章主要研究了由普通微帶傳輸線和復(fù)合左右手傳輸線構(gòu)成的特異材料耦合器（RH-CRLH耦合器）。這種新型的耦合器具有普通平行耦合線定向耦合器所不同的特性，如準(zhǔn)OdB的耦合強(qiáng)度和寬?cǎi)詈项l帶特性，而且RH-CRLH耦合器的耦合區(qū)域與耦合器的總長(zhǎng)度沒有關(guān)系，卻與單元長(zhǎng)度有關(guān)，而且與加載的元件CL和LL有關(guān)。本章詳細(xì)研究了這種新型特異材料耦合器耦合區(qū)間的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)耦合總是發(fā)生

5、在復(fù)合左右手傳輸線的左手通帶內(nèi)，且同時(shí)滿足兩條線的平均介電常數(shù)和平均磁導(dǎo)率的乘積為負(fù)。耦合區(qū)域受這兩個(gè)條件的嚴(yán)格限制，本章給出了耦合區(qū)域上下邊界的表達(dá)式。 論文的第五章用時(shí)域法研究了特異材料中的類渦旋模。研究發(fā)現(xiàn)，在特異材料和普通材料構(gòu)成的界面處的確存在渦旋模。以基于復(fù)合左右手材料的特異材料耦合器為例，通過時(shí)域法測(cè)量了里面的渦旋模的相關(guān)性質(zhì)。這種存在于特異材料耦合器中的渦旋模是一種類渦旋模，能流經(jīng)過鄰近抵消后，不是一個(gè)整圓。類渦

6、旋模使得兩種介質(zhì)中的能流方向相反，相速度方向相同。通過對(duì)耦合器的兩條線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)處波包峰值的群延遲的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)得到類渦旋模導(dǎo)致電磁波的傳播變慢的現(xiàn)象，這一性質(zhì)可以應(yīng)用于存儲(chǔ)領(lǐng)域。 論文的第六章用時(shí)域法研究了完美透鏡效應(yīng)中不可或缺的倏逝波放大現(xiàn)象。本文中利用在微帶線中加載串聯(lián)電容的方法來構(gòu)造介電常數(shù)為負(fù)磁導(dǎo)率為正的類磁離子結(jié)構(gòu)，用在微帶線中加載并聯(lián)電感的方法來構(gòu)造類電離子結(jié)構(gòu)，當(dāng)這兩種結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)在一起時(shí)，在特定的條件下，里面存在的倏逝