宽带高增益负向媒质天线分析

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1、目录6.2后续工作展望......................................................................................................73参考文献...................................................................................................................74致谢...........................................

2、..................................................................................78攻读硕士学位期间取得的研究成果.............................................................................79V万方数据第一章绪论第一章绪论1.1研究工作的背景与意义负向媒质的新特性及其应用的研究是当今电磁学、微波与新材料科学领域的前沿研究课题。负向媒质先后在2003年、2006年获得美国《Science》科学杂志

3、年度科学进展的殊荣，并在2010年被《Science》科学杂志评选为十年十大科学见解（InsightsoftheDecade）之一。本论文将负向媒质的概念应用到微带天线的设计改造中，以增强天线的带宽和增益。本论文的研究不仅可以促进前沿领域的知识创新，为国防现代化建设（如隐身技术等）提供理论指导，同时也有希望提高现有通信设备中的天线性能，满足新一代移动通信系统或军工机载雷达系统的应用需求。负向媒质（Metamaterials）目前在国际上承认度较高的定义为：负向媒质是具有自然界中不存在或不易得的特性的复合电磁媒质。另一种更具体的定义为：负向媒质是一种复合电磁

4、媒质，具有自然界中材料不具备的特性，这种材料的特性不由构成材料的物质本身的介质特性决定，而是由材料的结构和排列方式决定的[1]。负向媒质在受电磁波照射或被高频微波激励时，可以和电磁波发生相互作用，影响电磁波的传播，并因此表现出自然界中的介质不具有的特异性质，如负折射，电磁带隙，频率选择特性等。负向媒质研究的发展给传统电磁学与光学领域研究带来巨大的活力和启发，因为负向媒质证明人类可以在不违背物理规律的条件下，仍旧拥有巨大的创造的空间来发现、甚至发明一些特异的性质。负向媒质的研究可以回溯到1898年微波手征材料的研究，从螺旋结构到周期性排列的人造电磁媒质，复杂

5、的人工电磁媒质的研究引起了全世界科研工作者的广泛关注，科学家和工程师一直在尝试设计制造具有新颖电磁特性的人工材料。但复杂人工电磁媒质的早期研究受限于加工工艺与设计方法的限制，并没有获得突破性的进展。随着新的加工工艺与技术的发展，微米甚至纳米级的加工设备的发展和越来越低的实现成本，使构造具有自然界中不存在的特异性质的人工材料成为可能。而随着计算机技术与计算电磁学的发展，应用物理学家们可以对复杂问题进行近似计算，而研究内容不再受公式推导限制的束缚而仅限于规则结构与简单问题。摆脱了设计与加工的桎梏，复杂结构，不规则结构和缺陷结构的设计也变得更加简单。总的来说，人

6、工媒质的蓬勃发展是全面科技水平进步的结果。负向媒质的研究发展与1968年提出的左手材料概念的发展息息相关，在某些定义中，负向媒质和左手材料是同义的。左手材料是电磁波在其中传播符合左手1万方数据电子科技大学硕士学位论文法则的电磁介质。这一种介质也叫做双负媒质，最早由前苏联科学家Veselago于[2]1968年提出，Veselago从时域麦克斯韦方程组的微分形式出发，预言了这种介电常数和磁导率同时为负的材料可能具有的特殊性质，这既是左手材料第一次的提出，也是第一次从理论角度综合分析了左手材料中的电波传播特性。在自然界中，决大多数法则都是遵循右手法则，如漩涡的

7、方向，感应电流的方向和电磁波的电场矢量，磁场矢量与波矢量之间的关系。Veselago提出，当材料的介电常数与磁导率同时为一负值时，电磁场的电场矢量、磁场矢量与波矢量将遵守左手定则，并因此具有负群速度，负折射率，反常多普勒效应和反常切伦科夫效应等。不过由于加工手段等的限制，那时候研究者并没有找到可以实现这种特性的结构，所以这个工作并没有引起关注，左手材料的研究也因此沉寂了30年。转机发生在20世纪末，这时的工艺手段和分析手段已经非常先进，人工媒质的研究也逐渐走入科学界的视野。英国皇家理工学院的JohnPendry提出了两种周[3][4]期结构，细导线阵列和缺

8、陷圆环阵列，分别可以在其谐振频率附近实现负的介电常数和负的磁导率。