| 题名 | 微波左手Metamaterials研究——电磁特性分析，平面电路实现及应用 |
| 作者 | 李超 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-02-21 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 李芳 |
| 关键词 | 左手材料 左手传输线 开口谐振环 互补开口谐振环 超分辨率成向 超薄谐振腔 漏波天线 耦合系数 双工器 等效媒质理论 滤波器 太赫兹 准光学系统 |
| 其他题名 | Microwave Left-handed Metamaterials——Electromagnetic Characteristics, Planar Circuit Realization and Applications |
| 中文摘要 | 左手材料(Left-handed Metamaterials-LHMs)是一种介电常数和磁导率同时为负的人工复合材料。它表现出一系列反常电磁特性，如：后向波传播、负折射现象、逆Doppler效应、逆Cerenkov辐射、逆Goos-Hänchen位移和超分辨率成像等，突破了传统电磁理论中的一些重要概念。本文深入研究了左手材料的一些电磁特性；重点研究了微波频段左手材料的平面电路实现方法，包括：左手传输线实现方法，以及SRR/CSRR与平面电路相结合的实现方法；研究了它们在微波电路、天线等方面的新型应用。论文创新工作主要有以下几个方面： 一、研究了有耗左手材料平板的成像特性。研究结果表明：损耗会大大降低左手材料平板的消逝波放大能力，进而降低其超分辨率成像能力；但当损耗较小时，部分消逝波仍可参与成像，从而实现比普通透镜更高的分辨率；有耗左手材料平板的消逝波放大现象与表面波耦合谐振有内在联系；成像分辨率与表面局域场的分布有内在联系。 二、提出一种基于单元结构的S参数和周期性结构的Bloch理论来分析平面左手结构的新方法，以及基于Bloch波数和Bloch阻抗来判断左右手特性的新方法。与以往的单元结构分析方法相比，本文方法有利于单元结构的灵活设计，能较好地考虑分布参数元件色散特性，能简便准确地判断出左右手特性频带，且能用于分析各向异性和有损耗结构。作为例子，我们设计了一种串联电容增强型平面左手结构，并用本文方法进行分析，清楚地得出了该结构的左右手特性频带。本文还采用时域有限差分方法(FDTD)对这种新型平面结构阵列进行模拟，验证了左手频带内的后向波和负折射特性。 三、研究了LH-TLs (左手传输线)在微波电路和天线等方面的几个新型应用： (1)利用LH-TLs验证了Engheta超薄谐振腔的基本理论，实现了小型化谐振器， (2)提出了基于CRLH-TLs的零阶开路谐振器和零阶短路谐振器的概念，它们实质上是Engheta超薄谐振器的两种特例， (3)利用零阶开路谐振器设计了小型化的共面波导带通滤波器，比传统的半波长谐振器电容耦合滤波器的尺寸缩小60%， (4)研究了基于CRLH-TLs的新型压控波束扫描漏波天线，并进行了归一化方向图的测试。测试结果表明，通过改变偏置电压，这种天线能进行连续的波束扫描。与传统的微带漏波天线相比，这种新型天线不仅能实现前向和后向辐射，而且还能有效地实现边射。此外这种新型天线工作在基模，馈电方式比工作在高次模式的传统微带漏波天线简单。 四、研究了平面电路中不同SRR之间的耦合特性，引入耦合系数的概念定量描述这种耦合。研究了一种适用性更强的耦合系数提取方法，该方法的准确性不受谐振器损耗大小的影响。利用该方法分析了几种不同的SRR结构的耦合系数，并举例说明了增强电耦合和增强磁耦合的方法。利用“耳”字型SRR之间的耦合设计了一种新型微波双工器。 五、研究了CSRR-微带的等效电路模型提取方法，举例说明了该等效电路的准确性，并对等效电路的合理性作出了物理解释。引入“介电窗”概念和“等效媒质”理论计算了CSRR-微带的等效介电常数，这两种方法的结果一致，都表明CSRR-微带在CSRR的谐振频率附近表现出负介电常数。另外对CSRR的双各向异性特性进行了理论研究，并利用实验验证了这种特性。 六、研究了CSRR在微带滤波器中的若干新型应用： (1)通过引入微带贴片抵消CSRR-微带等效电路中的负电容，提高CSRR-微带在高频段的传输特性，从而提高了基于CSRR的带阻滤波器的性能， (2)利用CSRR的谐振特性来提高微带低通和高通滤波器的带外抑制特性，以降低滤波器阶数，实现小型化设计， (3)将CSRR和微带缝隙电容结合起来实现新型左手传输线，分析了这种左手传输线的色散特性、左右手频带以及零阶谐振特性。在此基础上设计了新型窄带通滤波器。 另外，论文简单介绍了0.2THz连续波成像系统的技术方案和准光学系统的仿真设计工作。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 183 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/8551]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李超. 微波左手Metamaterials研究——电磁特性分析，平面电路实现及应用[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2008. |
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