双负介质平板对电磁波的反射和透射特性研究【开题报告】.doc

1、毕业设计开题报告通信工程双负介质平板对电磁波的反射和透射特性研究一、选题的背景与意义双负介质DNG也称左手材料LHM，其介电常数和磁导率均为负值，是最早于1967年由前苏联物理学家VESELAGO1在理论上预言了的特殊介质。双负介质中电磁波的电场强度E、磁场强度H和波矢量K之间呈左手螺旋关系，且其折射率也为负值。VESELAGO同时指出，它还具有许多反常的电磁学现象，例如反多普勒效应、反常切伦科夫辐射等24。由于自然界并不存在双负介质，因此文献的理论预言在随后的三十年里没有得到重视。2001年美国加州大学的DAVIDSMITH5等人根据PENDRY提出的理论研究结果，用细金属导线阵列和开路环谐

2、振器SRR,SPLITRINGRESONATOR阵列构造出了等效介电常数和磁导率同时为负的人工介质。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了双负介质存在的合理性610。这一发现开始引起人们极大的兴趣。近年来双负介质因其异常的电磁特性，特别是在材料科学、光学和生物医学等领域内的应用前景，得到了越来越多的关注，成为电磁学研究的热点。如亚波长聚焦的平板“完美透镜”1113、高指向性的天线、电磁波隐身以及新颖的微波器件和光子器件等等14。近年来，双负介质的研究取得了一定的进展。通过把纳米科技应用到双负介质的设计中，研究者已经分别实现了光频段的磁共振和电共振1517，并能实现一定程度的光频段负

3、折射现象，其损耗也在逐步降低18。对双负介质平板电磁波的反射和透射特性研究，是为后续研究打下的基础，有助于初步了解其应用价值，也有利于进一步深入研究其独特电磁特性，发掘其潜在功能，是非常重要和必要的。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题基本内容本课题将对双负介质平板对电磁波的反射和透射特性进行研究，探讨电磁波的极化状态TE、TM波、入射角度以及双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响，并通过MATLAB图形化。拟解决的主要问题1推导电磁波（TE和TM波）斜入射到双负介质平板的反射和透射场公式；2研究不同极化状态、不同入射角对反射和透射特性的影响，画出相应的特性曲线；3探讨双

4、负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响，画出相应的特性曲线；三、研究的方法与技术路线1文献资料查阅。观察国内外研究现状，收集现有研究成果，思考其他研究者在研究过程中的注意点、着重点及难点。2建立双负介质平板模型。设有一双负介质平板，其介电常数和磁导率均为负值，厚度为D，当电磁波以入射角射入时，图1为其示意图图1双负介质平板的电磁波反射与透射的示意图微分形式的麦克斯韦方程组为D0BTBETDJH电磁波在无源介质中传播时有0D，TDH。此外ED，HB。在TE模的情况下，由于界面的反射和折射，介质中的电场和磁场应为前向波和反向波的叠加，即ZJKZJKXIKYZZXBEAEEEXZ

5、D00EKH12ZJKZJKXIKZXZZXBEAEEKHZJKZJKXIKXZZZXBEAEEKH表达式中的系数A、B由边界处电磁场的连续性条件决定。由此可求得在图1所示界面1及界面2上的边界连续性条件。若以1E、1H和2E、2H分别代表在双负介质两边的界面1、2上切向的电场强度和磁场强度。记111KZ为介质层的修正导纳则可得22122111111111111COSSINSINCOSHEMHEDKDKIDKIDKHEZZZZ其中1M称为图中双层介质平板的传输矩阵，可由此计算得到反射系数R和透射系数T，并得到反射率2RR，透射率2TT。对于TM模，记112KZ为修正导纳，可采用相同方法研究。3

6、研究不同极化状态、不同入射角对反射和透射特性的影响在TE模情况下，保持其他条件不变，分析随入射角变化，反射和透射特性将有何变化。通过MATLAB绘制反射率R和透射率T随变化的特性曲线。TM模情况也可采用类似方法研究。4研究双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响分别在保持其余条件不变的情况下，选择厚度、介电常数、磁导率其一为单一变量，分析在单一变量变化的情况下反射率R和透射率T如何随之变化，并用MATLAB实现可视化。四、研究的总体安排与进度201011确定论文选题，收集、查阅各种资料文献；201012完成开题报告和开题论证；201112完成公式推导及程序的编写，并完成英文

7、文献翻译；201135研究电磁波的极化状态TE、TM波、入射角度以及双负介质平板的厚度、介电常数、磁导率等对反射和透射特性的影响；完成初稿、修改论文、毕业论文定稿20115论文答辩。主要参考文献1JIANG,YY,SHIHY,ZHANGYQ,ATELCHARACTERISTICSOFSURFACEWAVESINANISOTROPICLEFTHANDEDMATERIALSJCHINPHYS,2007,167195919622SABAH,C,2008,EFFECTSOFLOSSFACTORONPLANEWAVEPROPAGATIONTHROUGHALEFTHANDEDMATERIALSLABJ,I

8、NACTAPHYSICAPOLONICAA,2008,1136158915973THAPA,KB,VISHWAKARMA,A,SINGH,RANDOJHA,SP2010,ELECTROMAGNETICWAVEPROPAGATIONTHROUGHSINGLENEGATIVEINDEXMATERIALJ,INJOURNALOFOVONICRESEARCH,2010,631051154VESELAGO,VG,1968,THEELECTRODYNAMICSOFSUBSTANCESWITHSIMULTANEOUSLYNEGATIVEVALUESOFANDJ,INSOVIETPHYSICSUSPEKHI,

9、1968,1045095145ZHANG,ZMANDFU,CJ,2002,UNUSUALPHOTONTUNNELINGINTHEPRESENCEOFALAYERWITHANEGATIVEREFRACTIVEINDEXJ,INAPP1IEDPHYSICSLETTERS,2002,806109710996陈红胜，冉立新，皇甫江涛，章献民，陈抗生，孔金瓯，（2004），异向介质平板对高斯波传播的影响J浙江大学学报工学版,2004,3810138013837陈玺，朱绮彪，李春芳，（2006），有限光束穿过薄介质板的类GOOSHANCHEN位移J红外与毫米波学报，2006,2542912948刘松华，梁

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