基于异向介质新型微波器件的设计.doc

摘要:异向介质（metamaterials）是指一种介电常数ε和磁导率μ都为负的新型人工合成电磁材料。2003年被美国《Science》杂志评为年度十大科技突破之一，异向介质凭借它奇特的性质、巨大的潜在利用价值和广泛的应用前景，成为了当今物理学和电磁学研究领域的前沿和热点。本文主要研究异向介质特性及其在微波器件上的应用，主要的工作包括下面几个步骤：

(1)简要介绍了国内外异向介质的研究现状及发展，分析了异向介质的基本原理、结构特性及理论基础。简单描述了电磁波在各种异向介质中传播所出现的奇异特性；

(2)研究了周期细金属棒阵列、分裂谐振环、互补分裂谐振环和复合左/右手传输线的结构特性及应用，简单介绍了这些结构负的介电常数和负的磁导率出现的原因；

(3)研究了异向介质在微波滤波器和天线中的应用，利用异向介质设计了几款天线和微波滤波器，并运用高频仿真软件进行了器件的仿真与优化。显著提高了微波器件性能。

关键词：异向介质，左手材料，互补分裂谐振环，异向介质滤波器，异向介质天线。

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1引言-1

1.2 异向介质及微波器件在国内外的研究概况-1

1.2.1异向介质的研究概况-1

1.2.2微波滤波器的研究概况-2

1.3 仿真软件介绍-4

1.3.1Ansoft HFSS简介-4

1.3.2建立HFSS工程的一般过程-5

1.4本文的主要内容及安排-5

1.4.1对异向介质特性进行了研究-5

1.4.2对异向介质天线和滤波器进行了研究-6

1.5论文的结构安排-6

2 异向介质的基本特性-7

2.1异向介质的产生与发展-7

2.2异向介质特性的研究-9

2.2.1左手螺旋特性-9

2.2.2负折射现象-10

2.2.3逆多普勒效应-10

2.3异向介质的应用-11

2.3.1 分裂谐振环和互补分裂谐振环的应用-12

2.3.2 复合左/右手传输线的应用-14

3 异向介质天线-15

3.1天线的基本定义-16

3.1.1天线综述-16

3.1.2天线的主要性能参数-17

3.2微波天线的设计原理-19

3.2.1天线的辐射机理-19

3.2.2天线的场区和方向图-22

3.3异向介质天线的设计与仿真分析-24

4 异向介质滤波器-34

4.1 微波滤波器的基本理论-34

4.1.1微波滤波器综述-34

4.1.2微波滤波器的性能参数-36

4.2微波滤波器的设计原理-36

4.2.1滤波器电路的微波实现-36

4.2.2微波低通滤波器-38

4.2.3微波带通滤波器-41

4.3异向介质滤波器设计与仿真分析-45

5 总结与展望-50

5.1总结-50

5.2展望-50

参考文献-51

致谢-51