基于FDTD算法的左手介質(zhì)電磁特性分析.pdf

1、近年來，一種稱為“左手介質(zhì)”的人工復(fù)合超材料在固體物理、材料科學(xué)、光學(xué)和應(yīng)用電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)開始獲得愈來愈廣泛的青睞。這種由俄羅斯物理學(xué)家Veselago在1967年提出的虛擬材料具有同時為負的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，因而展現(xiàn)出很多奇特的電磁特性，這些奇特的電磁特性為左手介質(zhì)的應(yīng)用打開了廣闊的視野，突破了許多傳統(tǒng)電磁學(xué)應(yīng)用設(shè)計的限制，因而左手介質(zhì)的人工設(shè)計構(gòu)造、電磁特性研究以及應(yīng)用設(shè)計開發(fā)成為國內(nèi)國際微波領(lǐng)域研究的熱點。本文從左手介質(zhì)的電磁特性研

2、究出發(fā)，對于左手介質(zhì)的異常電磁特性的發(fā)生機理進行理論探索，并結(jié)合時域有限差分算法對左手介質(zhì)進行建模，設(shè)計實現(xiàn)其異常電磁特性，進行分析總結(jié)。首先，本文介紹了時域有限差分算法的基本理論，結(jié)合Yee氏網(wǎng)格與差分公式推導(dǎo)自由空間中三維迭代形式，并給出時域有限差分法解的穩(wěn)定性條件和數(shù)值色散最小化條件。針對本課題的研究內(nèi)容，簡單介紹了激勵技術(shù)、吸收邊界條件和總場—散射場的設(shè)定方法。第二，本文通過對國內(nèi)外人工左手介質(zhì)設(shè)計的研究，選擇了與實際左手介質(zhì)材

3、料傳輸線模型相似的電磁場本構(gòu)關(guān)系模型，并結(jié)合時域有限差分法原理給出了左手介質(zhì)的時域有限差分格式，實現(xiàn)了左手介質(zhì)電磁特性研究的數(shù)值算法建模。第三，本文對左手介質(zhì)的反常電磁特性進行理論分析，在理論上驗證了左手介質(zhì)的負折射效應(yīng)、匯聚效應(yīng)、相位補償效應(yīng)、并結(jié)合左手介質(zhì)的FDTD模型從數(shù)值算法上對上述特性進行論證，證實了左手介質(zhì)反常電磁特性的存在性。第四，本文在分析左手介質(zhì)反常電磁特性的基礎(chǔ)上，從理論上分析了波在左手介質(zhì)中的能量傳播方向，與其相速