电磁超材料在微波吸波体与天线中的应用研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目电磁超材料在微波吸波体与天线中的应用研究学科专业无线电物理201011040109熊汉学号作者姓名指导教师洪劲松教授 分类号密级UDC注1学位论文电磁超材料在微波吸波体与天线中的应用研究（题名和副题名）熊汉（作者姓名）指导教师洪劲松教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士无线电物理提交论文日期2014.03.18论文答辩日期2

2、014.05.26学位授予单位和日期电子科技大学学科专业2014年6月日答辩委员会主席廖成评阅人蔡淑惠陈景标、朱国强、邵维、杨雪松、注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。 RESEARCHONTHEAPPLICATIONOFELECTROMAGNETICMETAMATERIALSINMICROWAVEABSORBERANDANTENNAADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:RadioPhysicsH

3、anXiongAuthor:Advisor:Prof.Jing-SongHongSchool:SchoolofPhysicalElectronics 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大

4、学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日 摘要摘要电磁超材料（Metamaterials）是一种人工媒质，其结构尺寸小于外界激励电磁波的波长，拥有自然媒质所不具备的电磁特性。常规材料的电磁特性由组成该材料的原子和分子的属性所决定，而超材料使我们能够设计出我们想要的“原子”

5、，一个著名的例子是众所周知的微波“隐形斗篷”，它获得这种奇异电磁特性来源于超材料所用的结构，而不是设计超材料所用材料的内在成分。由于它有很多潜在的应用价值，例如在天线、微波电路、吸波体等领域，早已引起了科学界的极大关注。本文围绕超材料在吸波体和天线的应用方面展开研究，主要研究内容概括为如下几点：1.设计和研究了两款超材料。第一款是单面风车型超材料，这类单面型结构具有制造简单、方便集成集总组件在结构表面来控制其左右手特性的优点。首先，从数值仿真出发，分别对该结构的等效介电常数、磁导率以及折射率进行参数提取。接着从左手频段和右手频段内分

6、别取一个频点进行棱镜实验仿真，直观地显示负折射和正折射现象。同时还研究了结构参数与电谐振和磁谐振频点之间的关系。最后，用等效电路模型对其进行理论分析，得到等效磁导率的解析公式，并用该公式详细地解释结构参数的变化与磁谐振频率间的关系。所设计的单面风车型超材料左手带宽较小，才500MHz，为了拓展带宽，设计了一款双面超材料。经过数值仿真和实验验证后发现，其左手带宽有大幅度的提高。2.设计和研究了一种双频、极化不敏感、宽角度的单层超材料吸波体。首先，分别用TE波和TM波研究该吸波体对入射角度的敏感性，并阐述当入射波的入射角度很大时吸收峰发

7、生偏移的原因。随后，对该吸波体进行实验验证和理论研究。分别对吸收频点处的表面电流、电场强度和磁场强度分布情况进行分析，研究其吸波机理。最后，分别从金属的欧姆损耗和介质板的介质损耗两方面对这种吸波体进行损耗研究和讨论。这种吸波体的特点是：不管是TE波还是TM波，该吸波体都有很大的吸收角度。3.设计和研究了一款超薄、宽带、由多层结构构成的超材料吸波体。首先,对最上面的匹配层做了深入的研究，得到匹配层厚度与吸收率间的关系。接着，用理论详细地分析了吸波体的厚度与高频段的两个吸收峰成反比关系的原因。同时，对该吸波体的极化稳定性情况进行了研究，

8、分别得到TE波和TM波入射情况下，该吸波体对电磁波吸收率跟入射角度以及频率间的关系图，并对图进行了分析。在吸波原理的研究上，分别采用反射相消原理和谐振吸收原理对吸收曲线进行研I 摘要究。结果发现，在三个孤立的吸收峰的形成来源于谐振吸收