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新型人工电磁材料器件设计与实验研究

柏京  
【摘要】:新型人工电磁材料是将具有特定几何形状的亚波长宏观基本单元结构周期或准周期排列,构成的具有新颖电磁特性的人工复合材料。本文从新型人工电磁材料的新颖电磁特性出发,探索了它在透明隐形衣、天线、透镜和隐身等领域的潜在应用,并进行了相关的实验验证。本文主要内容如下: 利用变换光学理论,设计了二维柱形电磁透明隐形衣,基于传输线基本单元模型,建立了透明隐形衣的等效电路模型,进行了仿真验证。 利用准保角变换理论,采用“工字型”单元结构,设计和实现了一种具有抛物面天线特性的平板聚焦天线。通过数值仿真和实验验证了它的电气性能,讨论了在实际天线中可能的应用。 利用保角变换理论,提出了一种各向同性材料实现的多波束天线设计,并分析了天线的性能特征。设计了一种方形鱼眼透镜,进行了仿真验证和实现途径讨论。 以几何光学理论为基础,基于打孔人工电磁材料,设计和实现了三类梯度折射率微波器件,偏折透镜、聚焦透镜和45度波导弯角,并对其性能进行了数值仿真和实验验证。依据几何光学与静电场的类比原理,设计了一种定向电磁隐身衣,进行了数值验证。采用“工字型”单元,设计和实现了一款半鱼眼透镜天线。利用二维电场扫描设备,对加工样品进行了实验测量,讨论了它的三维扩展版本在实际天线系统中的应用。 研究表明,新型人工电磁材料,结合几何光学和变换光学理论,是一种设计新颖电磁器件的有效手段。通过对具有可控电磁特性的新型人工电磁材料的深入研究,将会进一步丰富电磁波调控理论的深度和广度。而对于宽带、低损耗的人工电磁材料基本单元的深入研究,将会加快新颖电磁器件迈向实际应用的脚步。随着新型人工电磁材料交叉研究的发展,其必将为科学与工程应用领域提供潜在的发展机遇。


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