基于負折射率媒質(zhì)的吸波材料設計與電磁特性研究.pdf

1、負折射率媒質(zhì)(Negative Refractive Index Materials)是指同時具有負介電常數(shù)(ε＜0)和負磁導率(μ＜0)的人工合成材料，因其具有獨特的電磁特性如負折射效應、逆多普勒效應(Reversals ofDoppler Shift)、逆契侖可夫輻射(Reversals of CherenkovRadiation)以及放大倏逝波(Enhancement of Evanescent Wave)等而受到廣泛的關注。各種

2、結構負折射率媒質(zhì)的制備以及其在微波工程、軍事雷達隱身、醫(yī)學成像等領域的應用是近幾年的研究熱點。本學位論文基于國家自然科學基金項目“可控調(diào)諧型負折射率微波材料的合成方法及特性研究”的研究目標，對亞鐵磁材料YIG-金屬線陣列結構負折射率媒質(zhì)的研制、電磁特性、吸波應用等進行了深入的研究，主要研究工作以及取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 一.理論分析、電磁仿真、物理實驗相結合地研究了亞鐵磁材料YIG-金屬線陣列結構負折射率媒質(zhì)中兩種媒質(zhì)的相

3、互作用關系，分析得出了有效媒質(zhì)參數(shù)的理論表達式，提出了改進型YIG-PCB結構負折射率媒質(zhì)的設計與制作方法，加工出了改進型負折射率媒質(zhì)樣品。實驗測試結果顯示該負折射率媒質(zhì)在9 GHz有一明顯的傳輸通帶，其3 dB帶寬為0.5 GHz。且該傳輸通帶可隨外加直流控制磁場的改變而改變，當外加直流磁場由2300 Oe增加到2700 Oe時，其傳輸通帶中心頻點由8.42 GHz增加到9.50 GHz，可調(diào)諧率約為2.7 MHz/Oe。當外加磁場為

4、2300Oe時，測試得出該負折射率媒質(zhì)在8.3 GHz的折射角約為-32°，結果證實了該負折射率媒質(zhì)設計方法的有效性。
　　 二.理論分析和電磁仿真相結合地研究了等效磁導率和介電常數(shù)同時為-1時的亞鐵磁材料YIG-金屬線陣列結構負折射率媒質(zhì)中的電磁波傳播特性，分析了該種負折射率媒質(zhì)中的隧道效應，探討了其在微波器件中的應用。結果顯示：在μ=ε=-1的負折射率媒質(zhì)中可明顯觀測到隧道效應。另外，由此設計出的負折射率媒質(zhì)濾波器在9.55

5、 GHz-10.60 GHz頻段內(nèi)以很小的衰減(4 dB)傳輸電磁波，帶外衰減達到30 dB；設計出的線性相移器在整個傳輸同帶內(nèi)的最大擺幅為10％。分析結果證實了負折射率媒質(zhì)可廣泛應用于微波毫米波工程領域。
　　 三.理論分析和電磁仿真相結合地研究了一種基于亞鐵磁材料YIG-金屬線陣列結構的三通帶電磁超材料以及一種物理可實現(xiàn)的THz頻段負折射率媒質(zhì)。提出了該兩種媒質(zhì)的設計方法并電磁仿真了其電磁波傳輸、反射和折射特性。仿真結果顯示

6、，三通帶電磁超材料在7.1 GHz、10.9 GHz、15.5 GHz分別具有一個傳輸通帶，且在相應的頻帶內(nèi)其具有正-負-正的折射特性；而THz頻帶負折射率媒質(zhì)在0.145 THz附近具有一帶寬為8 GHz的傳輸通帶。
　　 四.理論分析和電磁仿真相結合地研究了基于負折射率媒質(zhì)的寬頻帶微波吸波材料，分析了負折射率媒質(zhì)與入射電磁波的相互作用關系，提出了以絕緣型亞鐵磁材料YIG為基體，內(nèi)嵌一維金屬線陣列結構以構造出可調(diào)諧、寬頻帶、高