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《浙江大学》 2004年
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微波异向介质的实验研究

皇甫江涛  
【摘要】: 异向介质是指介电常数和磁导率同时为负值的人工合成电磁材料。电磁波在这种介质中传播时将显现与通常介质不同的各种逆向或反向效应,如负折射效应、逆多普勒效应、逆切仑科夫辐射等等。异向介质的发现被认为是2003年度十大科学突破之一,是当前物理与电磁学研究领域中的前沿与热点问题。本论文着重微波频段异向介质的实验研究,对采用金属材料周期结构实现的微波异向介质的基本结构进行了多方面的研究和改进,对其可能的实际应用进行了一些实验尝试。论文创新和有价值的工作涉及以下几个方面: 1、建立了针对X波段异向介质的全自动实验验证和测量系统,实现了高效和准确的全自动测试。通过功率透射、棱镜折射和波束位移三种实验平台,可以对多种形状的异向介质材料的折射率、损耗等电磁特性进行准确的测量和相互验证; 2、提出了波束位移实验以进一步验证介质材料的特性。波束位移实验从原理上避免了棱镜实验的缺陷,实验结果更为可信。通过该实验对己报道的异向介质材料样品及新结构样品的测量均得到了预期的结果; 3、对多种异向介质的基本结构进行了分析和仿真研究,总结了构造新型微波异向介质的步骤和方法。使用该种方法,设计、实现或验证了包括对称环、嵌套环、Ω环等多种新型结构异向介质样品,并对其性质进行了分析和仿真; 4、首次实现了一种基于Ω结构的一维各向异性异向介质样品。实验表明,该结构具有带宽宽、损耗低、易于加工等多种优点; 5、通过使用多层印制电路热压工艺,首次实现了基于Ω结构的全固态、低损耗一维异向介质。通过实验测量和对比,确认其是目前已报道的性能最好的异向介质材料,其单元长度的插入损耗已小于0.5 dB,工作带宽超过1 GHz。其低损耗、宽带、结构牢固、电磁及机械性能稳定的特点,对于异向介质的实际应用具有重要意义; 6、对异向介质多种潜在应用进行了实验尝试和探讨。对称环结构异向介质凹透镜的平面波聚焦、Ω结构异向介质的点源会聚等实验都得到了和预期接近的初步结果;对基于Ω结构全固态异向介质后向波介质天线 微波异向介质的实验研究 和基于微带电路结构单元的异向介质进行了计算机仿真研究,也取得了较 好的结果。
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