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近年来,人工电磁媒质以其新颖的特性吸引了众多领域科学家的关注。人工电磁媒质是由电磁谐振单元所构成的周期性阵列,当单元尺寸远小于空间波长时,根据等效媒质理论,该阵列可以等效为真实的媒质。本论文对人工电磁媒质的部分电磁特性做了详细分析,探讨了人工电磁媒质的潜在应用以及实现方式。本文还对人工电磁媒质的一些新奇特性进行了实验验证。主要研究内容和贡献概括如下：
1).利用左手媒质实现能量局域化。详细分析了能量局域化的物理机理,分别考虑了二维点源和三维点源激励对能量局域化的影响,并提出了三种不同实现能量局域化的方案。讨论了材料的损耗和参数失配对局域化效果的影响,并利用传输线网络验证了能量局域化现象。
2).分析了部分填充左手媒质波导的导波模式,从理论上证明了当左手媒质的介电常数和磁导率满足一定条件时,波导内存在很强的功率流,我们称这种现象为超级波导现象。我们讨论了超级波导现象出现的物理本质,并分析了不同馈电方式和材料参数条件对波导模式的影响。利用传输线网络验证了超级波导现象。
3).对双轴各向异性人工媒质的电磁特性进行了详细分析,研究了填充双轴各向异性人工媒质的介质波导和金属波导中的导波模式,讨论了双轴各向异性人工媒质表面的Goos-Hanchen位移以及双轴各向异性人工媒质与点源的相互作用。最后讨论了双轴各向异性人工媒质在能量局域化中的应用。
4).讨论了单轴各向异性手征媒质和双轴各向异性手征媒质中的负折射和背向波现象,详细分析了平面波在手征媒质表面电磁波的反射和透射特性,并研究了部分填充手征nihility媒质的波导的导波模式,对该波导中的电磁去耦合效应做了详细分析。
5).分析了零折射率媒质的隧穿效应,并从空间实验和电路实验两个角度验证了这种隧穿效应的存在。
6).利用波导式互补人工电磁媒质结构对各向异性媒质的部分聚焦和部分成像现象做了实验验证,实验结果和数值仿真结果非常吻合。还详细介绍了二维和三维人工媒质测量系统。