电磁波在左手材料平板波导中的传输

【摘要】： 左手材料(LHM)是近年来电磁学领域研究的热点问题,越来越引起研究者的广泛关注。LHM是一种介电常数和磁导率同时为负值的人工合成材料,具有一些奇异的电磁特性,当电磁波在这种材料中传输时,电磁波的电场矢量、磁场矢量与波矢构成左手关系,而在普通材料中三者构成右手关系。本文对覆盖层或衬底是左手材料的平板波导中的导引模做了深入研究,并详细讨论了不同结构平板波导中的表面模,发现了振荡模和表面模的一些新的特性。论文主要包括以下内容: 首先,研究了覆盖层或衬底层是左手材料时,不对称平板波导中的导引模,引入归一化参数,用解析法得到其色散曲线,并分类详细讨论了振荡模和表面模的色散特性。TE_0振荡模有时不存在;有时仅在有限的归一化传播常数范围内存在。TE_1表面模的色散曲线与TE_0振荡模的曲线平滑连接,形成一个完整的曲线,有时存在二重简并现象。 其次,用解析法分析了覆盖层或衬底是左手材料的不对称空心平板波导的TE表面模,求出了表面模的色散方程,画出了色散曲线,并详细讨论了波导的结构参数对其色散特性的重大影响。另外,对TM表面模的色散特性也做了说明。 第三,用准光学的方法研究左手材料平板波导的表面模。引入一种射线模型,来研究平面迅衰波的传输特性。研究发现平面迅衰波在界面处反射和透射时会发生振幅跃变。还首次用射线图分析了含左手材料的单界面和平板波导中的TE表面模。我们发现,在芯层是LHM的平板波导中,结构参数对表面模的存在有很大的影响。在覆盖层或衬底是LHM的平板波导中,奇表面模不存在,但存在两种偶表面模。另外,对振荡模和表面模之间的导引机理和条件做了比较。 第四,介绍了用于实现左手材料的重要组成单元一金属开口环谐振器(SRR)和互补开口环谐振器(CSRR),研究了它们的结构特点及其微带滤波器。它们能够应用于微波滤波器的设计中,以减小滤波器的尺寸,优化滤波器的性能。 最后,我们不光做了以上的理论研究,为了丰富博士论文,还做了毫米波段的实验测量。椭圆偏振测量法是一种高灵敏度、非接触的现代检测技术,在薄膜参数及其特性的测量方面有着广泛的应用。将椭偏法的电磁频谱从原来可见光、红外波段拓展到毫米波段,分析了毫米波椭偏法测量原理,使用已构建的实验装置进行测量,通过对测量结果的分析,选择了合适的入射角,并进行了大量的测试,从而计算出了样品的复介电常数。