《左手材料填充谐振腔的电磁特性分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《左手材料填充谐振腔的电磁特性分析（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中 文摘 要左手材料填充谐振腔的电磁特性分析摘要人工左手电磁材料是目前电磁场和微波技术领域的一个研究热点。左手电磁材料具有独特的电 磁性质，由它构成的电磁器件可以呈现传统电磁材料所无法实现的效应，如反向波特性、负折射特性等;左手电磁材料的出现大大拓展了电磁器件设计和开发空间，为新型、高性能电磁器件的研究和开发提供了一个有效的途径，基于左手电磁材料的新型电磁器件极有可能在性能和功效两方面带来突破性进展，因此在电子、信息、通信、国防等领域将具有广阔的应用前景。本文通过经典电磁理论研究了左手材料填充的微波谐振腔的电磁特性。通过理论分析计算和数值模拟，我们发现左手材料填充谐振腔的谐振频率及其电磁场的模
2、式与正常材料填充的谐振腔有明显的区别，可以得到一些全新的谐振模式:利用左手材料的 特性可以实现 亚波长尺 寸 ( s u b - w a v e l e n g t h ) 的 谐振腔， 达到减小 传统谐振腔尺寸的目的。主要工作表现在以下方面:1 . 通过经典电磁理论对理想左手材料部分填充谐振腔的谐振模式进行 了理论分析，与正常材料填充的谐振腔不同，这种谐振腔中可以存在一类特有的谐振模式。这种谐振模式下沿填充方向的电磁波波矢量为纯虚数，电磁场呈现凋零场的形式，最重要的是这些谐振模式的谐振频率可以很低 ( 可以远低于谐振腔几何尺寸决定的截止频率)，因此，可以 利用左手材料的特性实现亚波长尺寸的谐
3、振器，实现微波器件的小型化。2 详细分析了矩形谐振腔和圆柱形谐振腔中左手材料填充时的电磁性质。从基本的 波动方 程出 发研究了负 介电 常数和负磁导 率对谐振腔本征方程的 影响; 采用数值方法计算了谐振腔中各种谐振模式的谐振频率和电磁场分布，同时利用电磁场全波分析软件验证了我们的分析结果: 探讨了谐振腔尺寸、 材料填充尺寸、材料的介电常数和磁导率等参数对谐振模式的影响，给出许多实例。南京大学硕士研究生毕业论文 姜田 2 0 0 4中 文摘 要左手材料填充谐振腔的电磁特性分析3 . 实际的左手材料电磁参量具有色散性质，我们考虑了左手材料电磁参量随频率变化的关系，采用与目前实验结果符合的谐振模型描
4、述材料电磁参量的色散性质，进一步分 析了 矩形谐振腔中 左手材 料填充时的电 磁性质。分 析结 果表明，通过合理选择材料填充比，仍然可以获得上述特有谐振模式，从而得到亚波长尺寸的谐振器。这一结果具有实用意义。通过本论文的理论分析，我们对左手材料填充谐振腔的电磁性质有了比较清晰的认识，得到的结论目 前尚未见报道。我们的工作对于设计小尺寸谐振腔，实现微波器件小型化、提高系统集成度具有一定的指导意义。南京大学硕士研究生毕业论文 姜田 2 0 0 4英文摘要左手材料填充谐振腔的电磁特性分析Ab s t r a c tMe t a ma t e r i a l s t h a t e x h i b i
5、 t s i mu l t a n e o u s l y n e g a t i v e e ff e c t i v e p e r m i tt i v i t y a n de ff e c t i v e p e r m e a b i l i t y o v e r a c e r t a in f r e q u e n c y b a n d , h a v e r e c e n t l y a t t r a c t e d a l o t o fa t t e n t i o n a n d h a v e b e c o me t h e s u b j e c t o
6、 f r e s e a r c h i n t e r e s t f o r v a r i o u s r e s e a r c h g r o u p s .S u c h ma t e r i a l s k n o w n a s t h e l e ft - h a n d e d ma t e r i a l s ( L H M) h a v e m a n y u n i q u ep r o p e rti e s th a t m a y le a d to u n c o n v e n ti o n a l p h e n o m e n a in g u id a
7、 n c e , ra d ia tio n , a n ds c a tt e r i n g o f e l e c t r o m a g n e t i c w a v e s a n d h a v e b e e n p r o p o s e d i n a n u m b e r o fa p p lic a t io n s . F o r e x a m p le , N . E n g h e ta in t ro d u c e d a n i d e a o f a th in o n e - d im e n s io n a lc a v i ty f o r m
8、 e d b y a p a i r o f c o n v e n t i o n a l a n d L H M s l a b s b e t w e e n t w o p e r f e c t l yc o n d u c tin g w a l ls , a n d d e m o n s tr a t e d th e o r e tic a lly th a t i n s u c h a 1 - D c a v it y a r e s o n a n tm o d e c a n s t i l l e x i s t e v e n w h e n t h e t h
9、i c k n e s s o f t h e s l a b s i s e l e c t r i c a l l y v e ry t h i n .W e h a v e t h e o r e t ic a l ly in v e s tig a te d a c a v it y p a r tia lly f ille d w ith a L H Ms c h e m a t i c a l l y . I n t h e t h e s i s w e w i l l s h o w o u r s y s t e m a t i c a l a n a l y s i s o
10、 f t h e r e s o n a n tm o d e s a n d t h e i r d e p e n d e n c e s o n t h e m a t e r i a l a n d g e o m e t r i c p a r a me t e r s o f t h e c a v i t y .We h a v e g o t t h e f o l l o w i n g r e s u l t s :1 . W e h a v e a n a ly z e d th e r e s o n a n c e m o d e s o f a c a v it y
11、 p a r tia lly f ille d w ith aL H M s c h e ma t i c a l l y w i t h c l a s s i c a l e l e c t r o ma g n e t i c t h e o ry. We f o u n d t h a ts u c h a c a v it y c a n r e s o n a n t a t fr e q u e n c y m u c h lo w e r th a n t h e u n f il le d c a v ityd e p e n d in g o n t h e f il li
12、n g d e p th d o f th e L H M. A s u b - w a v e le n g th r e s o n a t o rc a n b e r e a l i z e d b a s e d o n t h i s p h e n o m e n o n2 . W e h a v e c h a r a c te r iz e d t h e e le c tr o m a g n e t ic p ro p e r ti e s o f a r e c t a n g u l a r a n d ac y l in d ri c a l c a v ity p
13、 a r tia lly fi ll e d w ith a L H M s la b . W e d is c u s s e d th ed iff e re n c e o f t h e e i g e n - v a lu e e q u a tio n s o f th e c a v it ie s b e tw e e n fi llin gm a te r ia ls w ith n e g a tiv e a n d p o s itiv e p e r m itt iv it y a n d p e rm e a b ili ty . T h er e s o n a n
14、 t f re q u e n c y a n d fi e l d d is tr ib u tio n s in th e f il le d c a v ity h a v e b e e n南京大学硕士研究生毕业论文 姜田2 0 0 4英文摘要左手材料填充谐振腔的电磁特性分析c a l c u l a t e d t h r o u g h MA T L A B p r o g r a m u s i n g t h e G a u s s - N e w t o n m e t h o d a n dt h e f u l l - w a v e a n a l y s i s u
15、t i l i z i n g t h e f i n i t e - e l e m e n t me t h o d b a s e d n u m e r i c a ls i mu l a t i o n i n A n s o f t H F S S h a s a l s o b e e n c a r r i e d o u t . A l l t h e n u m e r i c a lr e s u l t s c o n s i s t w i t h t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s . S o m e e x a
16、mp l e s a r e g i v e n i n t h i st h e s i s .3 . T h e p e r m itt iv ity a n d p e r m ie a b il ty o f p r a c ti c a l L H M s a r e fr e q u e n c yd e p e n d e n t . We a l s o d i s c u s s e d t h e s i m u l a t i o n s a s t h e L H M i n t h e c a v i t y b e i n gd is p e r si v e a n d g o t th e s im i la r r e s u lt .Wi t h t h e s e a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n , w e h a v e g o t s o me r e s u l to r t e d a n d h a d as y s t e ma t i c v i e wo f t
