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1、毕业设计开题报告通信工程双负介质平板对电磁波的反射和透射特性研究一、选题的背景与意义:双负介质(DNG)也称左手材料(LHM)，其介电常数和磁导率均为负值，是最早于1967年由前苏联物理学家 Veselago1在理论上预言了的特殊介质。双负介质中电磁波的电场强度、磁场强度和波矢量之间呈左手螺旋关系，且其折射率也为负值。Veselago同时指出，它还具有许多反常的电磁学现象，例如反多普勒效应、反常切伦科夫辐射等2-4。由于自然界并不存在双负介质，因此文献的理论预言在随后的三十年里没有得到重视。2001年美国加州大学的David Smith5等人根据Pendry提出的理论研究结果，用细金属导线阵列
2、和开路环谐振器( SRR, sp lit ring resonator)阵列构造出了等效介电常数和磁导率同时为负的人工介质。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了双负介质存在的合理性6-10。这一发现开始引起人们极大的兴趣。近年来双负介质因其异常的电磁特性，特别是在材料科学、光学和生物医学等领域内的应用前景，得到了越来越多的关注，成为电磁学研究的热点。如亚波长聚焦的平板“完美透镜”11-13、高指向性的天线、电磁波隐身以及新颖的微波器件和光子器件等等14。近年来，双负介质的研究取得了一定的进展。通过把纳米科技应用到双负介质的设计中，研究者已经分别实现了光频段的磁共振和电共振15-1
3、7，并能实现一定程度的光频段负折射现象，其损耗也在逐步降低18。对双负介质平板电磁波的反射和透射特性研究，是为后续研究打下的基础，有助于初步了解其应用价值，也有利于进一步深入研究其独特电磁特性，发掘其潜在功能，是非常重要和必要的。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：基本内容：本课题将对双负介质平板对电磁波的反射和透射特性进行研究，探讨电磁波的极化状态(TE、TM波)、入射角度以及双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响，并通过MATLAB图形化。拟解决的主要问题：1. 推导电磁波（TE和TM波）斜入射到双负介质平板的反射和透射场公式；2. 研究不同极化状态、不同入射角对反
4、射和透射特性的影响，画出相应的特性曲线； 3. 探讨双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响，画出相应的特性曲线；三、研究的方法与技术路线：1. 文献资料查阅。观察国内外研究现状，收集现有研究成果，思考其他研究者在研究过程中的注意点、着重点及难点。2. 建立双负介质平板模型。设有一双负介质平板，其介电常数和磁导率均为负值，厚度为，当电磁波以入射角射入时，图1为其示意图：xz图1 双负介质平板的电磁波反射与透射的示意图微分形式的麦克斯韦方程组为：电磁波在无源介质中传播时有，。此外，。在TE模的情况下，由于界面的反射和折射，介质中的电场和磁场应为前向波和反向波的叠加，即：表达式
5、中的系数A、B由边界处电磁场的连续性条件决定。由此可求得在图1所示界面1及界面2上的边界连续性条件。若以、和、分别代表在双负介质两边的界面1、2上切向的电场强度和磁场强度。记为介质层的修正导纳则可得：其中称为图中双层介质平板的传输矩阵，可由此计算得到反射系数和透射系数，并得到反射率，透射率。对于TM模，记为修正导纳，可采用相同方法研究。3. 研究不同极化状态、不同入射角对反射和透射特性的影响在TE模情况下，保持其他条件不变，分析随入射角变化，反射和透射特性将有何变化。通过MATLAB绘制反射率和透射率随变化的特性曲线。TM模情况也可采用类似方法研究。4. 研究双负介质平板的厚度、介电常数、磁导
6、率等对反射和透射特性的影响分别在保持其余条件不变的情况下，选择厚度、介电常数、磁导率其一为单一变量，分析在单一变量变化的情况下反射率和透射率如何随之变化，并用MATLAB实现可视化。四、研究的总体安排与进度：2010.11： 确定论文选题，收集、查阅各种资料文献；2010.12： 完成开题报告和开题论证；2011.1-2：完成公式推导及程序的编写，并完成英文文献翻译；2011.3-5：研究电磁波的极化状态(TE、TM波)、入射角度以及双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响；完成初稿、修改论文、毕业论文定稿;2011.5： 论文答辩。主要参考文献：1. Jiang, Y.
7、Y., Shi H Y, Zhang Y Q, at el. Characteristics of surface waves in anisotropic lefthanded materials J. Chin Phys, 2007, 16(7): 1959-1962.2. Sabah, C., (2008), Effects of loss factor on plane wave propagation through a left-handed material slabJ, in Acta Physica Polonica A, 2008, 113(6): 1589-1597.3.
8、 Thapa, K. B., Vishwakarma, A., Singh, R. and Ojha, S. P. (2010), Electromagnetic wave propagation through single negative index material J, in Journal of Ovonic Research, 2010, 6(3): 105-115.4. Veselago, V. G., (1968), The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of and J,
9、in Soviet Physics Uspekhi, 1968, 10(4): 509-514.5. Zhang, Z. M. and Fu, C. J., (2002), Unusual photon tunneling in the presence of a layer with a negative refractive index J, in App1ied Physics Letters, 2002, 80(6): 1097-1099.6. 陈红胜，冉立新，皇甫江涛，章献民，陈抗生，孔金瓯，（2004）， 异向介质平板对高斯波传播的影响 J. 浙江大学学报(工学版), 2004,
10、38 (10):1380-1383.7. 陈玺，朱绮彪，李春芳，（2006），有限光束穿过薄介质板的类Goos-Hanchen位移 J. 红外与毫米波学报，2006, 25(4): 291-294. 8. 刘松华，梁昌洪，高洁，潘伟涛，（2008），各向异性异向介质表面的全反射与全透射 J. 电波科学学报，2008, 23(5): 818-822.9. 孟繁义，吴群，傅佳辉，武明峰，马伟，（2007） X波段异向介质设计及其负折射特性研究 J. 宇航学报，2007, 28(4): 951-954.10. 聂秋华，洪俊，徐键，董建峰，（2007） 负折射率材料的研究进展 J. 材料导报，2007
11、, 21(12): 6-11.11. 冉立新，陈红胜，皇甫江涛，章献民，陈抗生，孔金瓯，（2004）异向介质研究进展 J. 微波学报，2004, 20(3): 89-95.12. 唐婷婷，陈福深，（2010） 红外波段双负介质的研究进展 J. 材料导报：综述篇，2010, 24(6): 14-20.13. 汪轶，耿友林，（2008），双负介质的电磁特性分析 J. 杭州电子科技大学学报，2008, 28(2): 53-56.14. 王茂琰，吴健，徐军，魏兵，（2007）， 电磁波与双负介质板相互作用的FDTD分析 J. 中国电子科学研究院学报，2007, 2(5): 471-475.15. 王茂琰，徐军，吴健，吴军，（2008），基本结构变化对左手介质透射影响的研究 J. 电子科技大学学报，2008, 37(2): 251-254.16. 武立华，王政平，张振辉，张祥丽，杨维，（2008），异向介质材料的非线性研究进展 J. 物理学进展，2008, 28(3): 274-279.17. 于忠卫，黄艳艳，（2008）， 含有左右手材料的平板透射问题的研究 J. 南通大学学报(自然科学版)，2008, 7(3): 31-35.18. 张慧玲，熊天信，（2010） 电磁波在双轴左手介质中的异常反射和折射 J. 四川师范大学学报(自然科学版)，2010, 33(4): 505-508.
