基于超材料的WGM及平板复合型波导传输特性的研究

• 作 者: 梁文娟
• 出 处: 兰州大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 电磁超材料 回音壁模 复合型波导 传输特性 传感器

电磁超材料是近年来基于电磁学的一个重大发现。它因具有独特的电磁特性和潜在的发展前景,成为科学和工程领域里的研究热点。本文主要研究了基于超材料的回音壁模和平板复合型波导的传输特性及在传感中的应用前景。本文所讨论的超材料主要涉及目前较为典型的两类电磁超材料：双负材料和零折射率超材料。本文主要内容如下：首先,本文提出一种新型的半圆环回音壁模太赫兹传感器,用于对媒质的电磁参数的检测。通过在介质微环壁加载超电磁材料,可以提高对检测媒质的敏感性。与现有报道文献的相关研究结果相比,该感传器的单位介电常数平均谐振频率偏移值提高约二十倍左右。该传感器的激励更为方便,结构更为简单,易于集成,对于输入信号也易于控制,其结论对于改进传感器的性能具有重要的意义。其次,本文分析了零折射率超材料中WGM模的传输特性,并通过理论计算和仿真模拟验证了分析结果的正确性。通过将一个产生WGM的介质环置入零折射率超材料中,由理论计算求得介质环的谐振频率并分析了其在某个特定模式下的特性,发现了它在传感器及聚能方面的应用。本文还探究了磁导率沿x方向近零的超材料中WGM模的传输特性,并做出了理论分析和实验仿真,得到完美透射的效果。最后,本文从理论上探究了在平板波导中的零折射率超材料内置入椭圆形绝缘介质缺陷时的传输特性,通过改变缺陷的尺寸或材料参数使波导达到全透射或者全反射,以实现目标隐身、电磁开关等功能。本文提及的椭圆形缺陷结构对于提高屏蔽和隐形技术具有一定的意义,且相比前人研究的圆形或矩形更具有一般性,更具有实际意义。以上研究表明,电磁超材料与WGM的结合,对于改进电磁波的传输性能、实现对电磁波的调控有着重要的意义,在隐身、传感、聚能等方面有着重要的潜在应用价值。