环形偶极子超介质的实现与特性研究

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1、⑥D槲OCTOR⋯AL万方数据DISS⋯洲博士学位论文论文作者：郭林燕指导教师：杨河林学科专业：无线电物理研究方向：电磁理论与应用华中师范大学物理学院(系)2016：t#--03月万方数据DissertationToroidalDipolarandTheirCMetamaterialsharacteristicsByGuoLinyanSupervisor：YangHelinSpecialty：RadioPhysicsResearchArea：ElectromagneticTheoryandApplicationCollegeofPhysicalScience&

2、TechnologyCentralChinaNormalUniversityMarch，2016⑥万方数据博士学位论文DOCTORAl，DISSERTATION华中师范大学学位论文原创性声明和使用粼明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。作者签名：都林托日期：2叫‘年6月乙日学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解华中师范大学有关

3、保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密，在——年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：箭林燕日期：2．o／6年‘月1，日导师签名：部科日期：加l锌f月1日本人已经认真阅读“CALIS高校学位论文全文数据库发布章程”，同

4、意将本人的学位论文提交“CALIS高校学位论文全文数据库"中全文发布，并可按“章程”中的规定享受相关权益。回壶迨塞握童压澄卮；旦堂生；旦=生；旦三生筮查!作者签名：督牲日期：杪，6年6月Z日导师签名：寸多晰日期：A帕年6月2日万方数据摘要在自然界物质中，除了最基本的两大多极子系统(即电多极子和磁多极子)之外，还存在着一种特殊的电磁激发现象一一环形多极子激发。在核物理、粒子物理以及DNA等自然物质的研究中，早己涉及到环形多极子。环形偶极子作为其最基本的成员，具有很多新颖的电磁特性，在设计具有极化偏转、谐振透明等高性能的电磁设备、光学器件中，具有广阔的应用前景。近

5、年来，电磁超介质由于其单元构造的任意性和目的性，使得增强环形偶极子的响应到可观测量级成为可能。因此，通过合理的超介质设计，实现环形偶极子响应，研究其相关特性和应用，具有重要的学术价值和研究意义。本文工作围绕环形偶极子超介质的理论、仿真与实验展开，主要研究内容和创新如下：1．环形偶极子相关理论研究。推导了包括电多极矩、磁多极矩、电环形多极矩和磁环形多极矩在内的多极矩散射能量公式，建立了超介质的谐振与多极子的复合散射相结合的理论模型；并理论分析了超介质内部微观多极子激发和宏观传输特性之间的关系；研究了立体超介质中多极子耦合(主要是偶极子耦合)对谐振特性的影响。这些

6、相关理论研究为环形偶极子超介质提供了理论依据，对实现环形偶极子具有一定的指导作用。2．电环形偶极子超介质的实现与特性研究。提出了实现电环形偶极子响应的模型一一位于赤道面上的多开缝电流线圈，得出电环形偶极子谐振强度与其开缝的个数有关。首次在微波段(11．2GHz)设计并实验验证了电环形偶极子响应，并通过散射能量计算结果和旋涡形分布电场得到进一步验证。接着，基于多开缝电流线圈模型，提出了一种具有辐条形孔隙的立体电环形偶极子超介质，重点研究了电环形偶极子和磁偶极子相消耦合产生的谐振透明现象，实现了新颖的无辐射结构；研究发现这种新型超介质具有圆极化转换特性，可以在同一

7、频率将入射的左旋圆极化波转换成右旋圆极化波，或者将右旋圆极化波转换为左旋圆极化波，这些研究成果在多极化天线等微波器件中有着潜在的应用价值。3．磁环形偶极子超介质的实现与特性研究。基于绕着圆环面的螺绕环电流线圈，提出了实现磁环形偶极子响应的模型，推导了该模型中磁偶极矩、磁四极矩和磁环形偶极矩的表达式，给出两种抵消磁偶极矩z分量、提高磁环形偶极子谐振的方法，这对实现磁环形偶极子超介质具有一定的指导意义。接着，设计了简化形式的螺绕环超介质，研究了实现磁环形偶极子的机制，以及超介质的手征性，包括旋光性和圆二色性等。然后提出了电场激励的磁环形偶极子超介质模型，在6．14

8、GHz处观测到磁环形偶极子响应，以及电