新型人工电磁媒质(Metamaterials)的设计与典型应用

• 作 者: 杨歆汨
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 人工电磁媒质 人工结构 电磁特性 结构尺寸

新型人工电磁媒质近年来备受人们关注。它特指由宏观单元排列而成、且能够用等效本构参数描述的人工结构，其单元尺寸和排列间隔(或周期)远小于波长。新型人工电磁媒质能够等效地实现常规媒质中不存在或者难以获得的电磁特性。由于其各个单元的结构尺寸可以独立地调节，因此可以方便地实现所需要的非均匀空间电磁参数分布。本文探讨了新型人工电磁媒质等效本构参数的求解方法，在此基础上研究了新型人工电磁媒质的设计和实现，探索了它在电路、天线、隐身等微波工程领域的应用。本文的主要内容和贡献概括如下：
1)．研究了基于散射参数反演的新型人工电磁媒质的等效本构参数提取方法，提出一种有效解决参数提取模糊性问题的方案，基于新型人工电磁媒质的分层模型提出一种改进的等效参数提取方法。
2).搭建并改进了用于新型人工电磁媒质二维近场分布测量的实验平台。
3).提出了适合在平面电路中集成的波导式人工电磁媒质，并以互补开口谐振环为单元设计实现了波导式等效折射率渐变媒质；以嵌入式弯曲线结构为单元设计实现了弱色散的波导式人工磁电介质。
4).实验验证了折射率呈一维渐变的波导式人工电磁媒质对电磁波的偏折和汇聚作用。
5).提出并设计了以波导式人工磁电介质为基片的微带贴片天线，通过仿真和实验证明了波导式人工磁电介质基片对贴片天线阻抗带宽的改善作用。
6).提出了一种折射率梯度在表面随机分布的覆层，可在金属平板前产生漫反射，从而抑制金属平板的镜面反射。讨论了一维随机折射率梯度覆层的设计方法。
7).以十字交叉工形结构为单元设计实现了一维随机折射率梯度覆层，并实验验证了一维随机折射率梯度覆层的漫反射特性。
8).提出了各向同性手征媒质的一维级联电路实现方式-手征电路，理论分析了手征电路的本征模特性和网络特性。
9).提出了一种基于手征电路的新型小尺寸定向耦合器，并用集总元件实现了一例新型耦合器样品，通过测量该样品的性能验证了手征电路的“类手征媒质”特性。