左手材料电磁特性与时域有限差分算法研究

【摘要】： 左手材料是一种新型的人工电磁功能材料,它所具有的多种独特电磁特性使其在很多方面得到应用。本文讨论了左手材料在天线的定向辐射以及隐身衣结构方面的应用,推导出左手材料物理尺寸与其工作频率之间的关系,提出左手材料等效电路模型各元件参数以及组成左手材料的细导线棒和缺陷环尺寸参数计算的方法,设计出应用于手机频率的左手材料天线覆盖层,使天线实现定向辐射。 由于左手材料的制备过程比较复杂,需要首先利用电磁仿真算法对其进行仿真计算,对其电磁特性进行理论预测,因此本文利用时域有限差分算法对左手材料进行三维全波电磁仿真,推导出各向异性介质中的时域有限差分算法的差分表达式,并仿真验证三维隐身衣结构的电磁隐身效果。 由于左手材料是一种色散介质,而且其几何结构非常复杂,因此在利用时域有限差分算法对其进行仿真时,需要消耗大量的计算时间,为了在保证计算精度的前提下提高全波电磁仿真的效率,本文提出了针对色散介质的分段线性递归卷积弱条件稳定时域有限差分方法,该算法能够在节省大量的计算机资源的同时满足高精度的要求。 利用分段线性递归卷积弱条件稳定时域有限差分方法,本文又对微带天线衬底的色散特性进行了研究,对微带天线的衬底分别进行色散以及非色散两种形式的建模,分析衬底色散对天线性能的影响,讨论得出色散衬底模型下的回波损耗以及输入阻抗都比非色散模型的低,这对高频天线的设计具有指导作用。 总之,本文主要是利用时域有限差分算法对左手材料的电磁特性进行仿真,并在此过程中提出了适用于色散介质的高效精确的分段线性递归卷积弱条件稳定时域有限差分算法,具有一定的理论和实际意义。