异向介质在天线技术上的应用

《异向介质在天线技术上的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江大学硕士学位论文1．1论文的目的及意义第1章绪论随着科学技术的不断发展进步，人类对自然的认识也越来越深，尤其是以信息产业为代表的高新技术在推动社会经济发展和提高国家综合实力中起主导的作用。新能源和新材料更是推动和加速了信息革命的进程，大大加快了世界的变化更新。在物理学中，介电常数。和磁导率lI是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。在已知的这个物质世界中，对于电介质而言，介电常数c和磁导率u都为正值，也就是电场、磁场和波矢三者构成右手关系，而且这种规律一直以来也被认为是物质世界的常规。

2、然而一种介电常数c和磁导率Il都为负的，新型人工材料的出现打破了这种常规。给世界带来了另外一半的神奇。这种打破常规自然定律的材料其神奇在于它具有异于正常自然现在的物理性质，比如反相波现象，坡印廷矢量(PoyntingVector)与波矢的反向平行，逆斯捏尔折射(ReversedSnellRefraction)现象，逆多普勒(ReversedDopplerEffect)，逆楔伦可夫辐射(ReversedCerenkovRadiation)等【1】。为此。最近几年在物理，光学和电磁科学领域中都非常关注

3、关于异向介质的研究，并在各学科杂志上大量的文章发表，并提出了许多新的理论及其应用．异向介质，这种科学界所谓颠倒物理学常规定律的“左手材料”，它在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睬，其研究正呈现迅速发展之势。科学推动社会的进步，根据异向介质其不同凡响的特性，能够在军事上很好的应用，如充当隐形材料和雷达成像等，同时也将会给我们生活的很多方面带来变化，如应用于通讯系统以及资料储存媒介的设计上，用来制造具有更小体积的移动电话或者是容量更大的储存媒体；又比如等效的负折射媒质电

4、路可以拓宽频带，有效减少器件的尺寸，改善器件的性能。为此，我们有可以满怀希望地展望未来，异向介质将会在未来的科学技术的发展中起到至关重要的作用。随着手机等现代通信设备的尺寸越来越小，天线的研发也朝着小尺寸、宽带、浙江大学硕士擘位论文多频带等方向进行。高指向多频带天线也是适应现代移动通信的需要，这也是我们需要设计的。在电磁波应用中，传统的基于法布里一珀罗谐振腔天线，都是要严格符合这样的一个条件，即谐振腔的厚度为工作波长的一半。因此如果波长很长的话，那么谐振腔的厚度也将要很大，在实际应用中会不方便。为

5、此，采用异向介质的开放式谐振腔天线，利用电磁波的带隙(EBP)完全可以克服这一缺点，大大减少谐振腔的厚度。同时，我们也可以在这样的基础上利用异向介质的特性把谐振腔天线的由单频带扩展到多频带!高指向辐射，多频带的天线具有能量集中，减少没有必要的旁瓣辐射的能量损耗，同时可以也是在军事上或者工业生产生活上都具有很好的应用前景。1．2异向介质的及其在天线上的研究历史和现状1．2．1异向介质的研究简介和现状。异向介质”是美国麻省工学院的JmAuKong教授对这种神奇的。左手材料”的中文命名，除此之外，也有些

6、人称这种介质为：后向波材料(Backwardwavcmaterials)．双负材料(DoubleNegativeMmerials，简称DNG)、左手材料(Left-hangedmmerial)或者负折射材料(NegativeIndexofRefraaionMaterials。简称NⅡ订1等等。但是关于“异向介质”这个概念最早是在1964年，由前苏联的物理家VGVeselago提来的。他从Maxwell方程出发，理路上推导电磁波在介电常数c和磁导率lI同时为负的介质中的传播情况，并理论上指出这种不符

7、合电场、磁场和波矢三者的右手法则介质存在的可能行。1967年，V．GV鹳elago在前苏联的一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对这一新发现，即：当t和lI都为负值时，电场、磁场和波矢之问构成左手关系。V．GVeselago称这种假想的物质为左手材料(1eft—handedmaterials，L删)。如图1．1所示：2浙江大学硕士学位论文EJ一⋯■-SH(a)(b)图1．1电场，磁场、波矢和能流密度之间的关系。(a)：右手材料(g>0，∥>0)；(b)：左手材料(占<0，∥<0)

8、同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等[11．1968年，这篇论文被w．H．Furry译成英文，在美国的SovietPhysicsUSPEKI上发表。但是，由于当时V．GVeselago等人的工作还仅限于纯理论性的研究，自然界中并未发现这类材料，也没有在实验中得到进一步验证，为此关于异向介质这个概念长期以来都是个假想，没有被科学界所认可。1996年，英国帝国理工学院的J．B．Pendry教授在微波波段发现了具有负介电