基于超材料的传感器和隐身斗篷研究与设计.pdf

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1、碲士所究嗲像怜式题目碁于超材料的传感器和隐身斗篷研究与设计学院（所、中心）专业名称电子与通倩工程研究生姓名秦春雷学号导师姓名黄铭职称教授年月论文独创性声明及使用授权本论文是作者在导师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不存在剽窃或抄袭行为。与作者一同工作的同志对本研宂所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。现就论文的使用对云南大学授权如下：学校有权保留本论文（含电子版），也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文；学校有权公布论文的全部或部分内容，可以

2、将论文用于查阅或借阅服务；学校有权向有关机构送交学位论文用于学术规范审查、社会监督或评奖；学校有权将学位论文的全部或部分内容录入有关数据库用于检索服务。内部或保密的论文在解密后应遵循此规定）研宄生签名：東奇脔导师签名：日期：摘要摘要超材料是一类具有自然界中材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料作为国内外研宄的前沿热点之一，在材料科学、光学、应用电磁学等多个领域受到越来越广泛的关注。本文基于超材料相关理论，对其在传感器和隐身斗篷两种器件上的应用进行了一些有意义的探索。论文的主要研宄工作如下：首先，本文设计了一种工作

3、在波段的不对称开口谐振环传感器。通过改变开口谐振环开口的位置，实现了特定区域电磁场的增强，从而得到了具有高值、高灵敏度特性的传感器。在此基础上模拟仿真了对介电物质变化的传感性能。该传感器的激励方便，结构简单，便于集成和加工。其次，本文将一种表面为凹槽糟皱结构的薄铜与结合，设计了一种类表面超材料传感器。由于在褶皱结构表面传播的类模对周围介电环境的变化非常敏感，所以该传感器具有极高的灵敏度。该传感器在生物和化学领域微量介质样品的检测中具有潜在的应用。这项研究为新型超材料传感器设计和制备提供了一种可行的方法。最后，本文将传统电磁隐身技术拓

4、展到热力学中，通过求解变换空间与原空间坐标的拉普拉斯方程，得到了任意形状热隐身斗篷的热导率张量。全波结果表明，所设计的斗篷能够正确引导热量绕过覆盖的内部区域，使其热通量为零，说明具有热保护功能；当热量流过斗篷区域后，空间的温度场分布与原来一致，说明也具有热隐身功能。这项研宄在热传感器、电子芯片等元器件的热保护中具有潜在的应用。关键词：超材料；传感器；回音壁模；隐身斗篷AbstractAbstractMetamaterialswiththeextraordinaryphysicalpropertieswhichnaturemateri

5、alsdonothavearemadeupoftheartificialcompositestructuresorcompositematerials.Asoneofthehotfieldsofthecurrentdomesticandinternationalresearch,metamaterialhasreceivedmoreandmoreattentioninmanyfieldssuchasmaterialsscience，，，，，目录目录超材料概述国内外相关技术的研究现状超材料传感器研宄现状超材料隐身斗篷研究现状论文的主要

6、工作和内容安排第二章开口谐振环传感器研究开口环谐振频率的理论分析传感模型仿真分析本章小结第三章类表面传感器研究回音壁模简介类表面传感器等离子体超材料传感模型仿真与分析本章小结第四章超材料隐身斗篷研宄变换光学斗篷设计的基本原理仿真与分析形状规则的斗篷形状不规则的斗篷本章小结第五章总结与展望冚40攻读硕士学位期间的科研和学术成果致第一章绪论第一章绪论超材料概述超材料（是指一类人工制作的具有天然材料所不具备的超常物理性质的复合结构或材料，在本世纪以来引起了学术界广泛的关注。在自然界中，普通天然材料由微小的原子和分子组成，它的介电常数￡、磁

7、导率大多都是大于零的。而超材料是由人工构造的周期或非周期亚波长微结构组成，具有等效介电常数和等效磁导率。这些等效的电磁参数主要由这些基本微小结构单元的谐振特性决定。因此，通过设计这些不同的微小结构单元就可以在特定频段内实现对超材料等效电磁参数的有效控制，比如可以使和或为负数等。根据电磁材料的本构参数，可以把电磁材料分为四大类。图给出了材料的空间的划分。第一象限的材料代表自然界中绝大部分的天然材料，其介电常数和磁导率都大于零，称为右手材料。电磁场在该材料中传播时，电场、磁场和波矢量呈右手螺旋关系，相速度和群速度方向一致；第三象限中的材

8、料称为左手材料，也叫双负材料，其介电常数和磁导率均为负值。该材料中的电场、磁场和波矢量之间具有左手螺旋关系，相速度和群速度方向相反。在自然界中，至今没有发现该材料的存在，因此只能靠人工合成的方法得到。左手材料是一种最典型的超材料，也是