[材料科学]超材料报告.ppt

设计方案 3 实验样品设计 a 发射天线仿真模型 b 发射天线实物照片 c 定向铁氧体天线仿真模型 d 定向铁氧体天线实物照片 图6.2 全向发射、定向接收天线仿真计算模型及加工实物照片 4 实验作业 4 实验作业 (1) 利用复合传输线设计2通带天线 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 4.1 实验1作业(频域) 4 实验作业 (3) 利用开口环设计3阻带天线 阻带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (4) 利用开口环设计3通带滤波器 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (5) 利用开口环设计3阻带滤波器 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (6) 利用等离子体与光子晶体设计0.2THz调制器 (2) 利用开口环设计3通带天线 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 4.2 实验1作业(时域) 4 实验作业 (1) 利用特殊?材料设计钻孔测井天线 设计一加载定向偶极子天线阵列 馈电脉冲信号：峰-峰值脉宽 1.5 ns； 峰值电压：? 1 kV； 天线E面时域方向图 30?； H面时域方向图 ? ? 60? 接收信号拖尾：幅度比10:1，拖尾信号持续时间1.5T； 天线阻抗：50?10 ?； 天线直径： 80 mm (2) 利用等离子体与光子晶体设计1THz调制器 (4) 利用开口环设计2阻带天线 阻带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (5) 利用开口环设计2通带滤波器 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (6) 利用开口环设计2阻带滤波器 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 (3) 利用开口环设计2通带天线 通带中心频点位置、带宽应满足FCC规范 4 实验作业 人工电磁材料在微波器件中的应用 杨宏春 2012年05月 1 实验目的 2 实验原理 3 实验样品设计 4 实验设计作业 5 实验测试 6 实验报告(设计报告) 讲授内容 实验目的与实验原理 (1) 了解人工电磁材料的基本工作原理及其应用现状 (2) 利用人工电磁材料设计微波器件(时域、频域) (3) 掌握微波器件主要参数的实验测试方法 1 实验目的 2 实验原理 2.1 人工电磁材料的基本概念 通常指自然界中不存在，通过人工制造且具天然材料所不具 备的特殊电磁性质的复合结构或复合材料 (1) 人工电磁材料的基本概念 2.1 人工电磁超材料概述 (2) 典型特征 材料主要参数中具有自然材料所不能达到的取值 材料参数及其变化可满足人们的某种特殊电磁功能需求 (3) 典型人工电磁材料 (a) 光子晶体 (Photonic Band Gap，PBG) 光子晶体模型的典型结构 UC-EBG结构 (b) EBG带隙材料 (Electromagnetic Band Gap，EBG) 基底周期空洞 高阻抗表面结构 (c) 吸波材料或特殊?r 、? 材料 RH2100铁氧体 2.1 人工电磁超材料概述 负?r 、正?材料(Epsilon Negative Material，ENG) 正?r 、负磁导率(Magnetic Negative Media，MNG) 左手材料 (Double Negative Material，DNG) (d) ENG、MNG、DNG 材料 Rod周期结构的ENG材料 SRR周期结构的MNG材料 Rod、SRR结构DNG材料 2.1 人工电磁超材料概述 2.1 人工电磁超材料概述 (4) 人工电磁材料的主要应用 微波器件小型化、定向天线 微波吸收 电磁(光)隔离或导通 表面波抑制 隐身、负折射 (a) 应用领域 传输线、微波器件、电磁储能、天线、光学、微波电路与系统 (b) 实现功能 2.2 ENG、MNG、DNG人工电磁材料 2.2 ENG、MNG、DNG人工电磁材料的基本工作原理 (1) 周期排列金属杆形成ENG材料的基本原理 存在沿导线方向电场时，金属杆中自由电子气产生等离子 体谐振，理想情况下周期性金属棒的介电常数可被表为 其中，等离子体频率?p为 (1-1) (1-2) 考虑金属中的电子散射衰减，介电常数可被表示为 视周期性排列金属杆为电子气等离子体，其有效电子密度为 2.2 ENG、MNG、DNG人工电磁材料 其中，? 表示电子与中性粒子的散射频率 金属杆电流在空间R处产生的磁场强度为 (1-3) (1-4) (1-5) 其中，v为电子的平均速度 2.2 ENG、MNG、DNG人工电磁材料 用矢量位 A 表示磁场强度，则 其中 电子在电场中所受冲量为eA，单位长度细金属棒动量改变量 其中，电子有效质量meff为 (1-6) (1-7) (1-8) (1-9) 将式1-4、式1-9代入式1-2 2.2 ENG、MNG、DNG人工电磁材料 (1-10) 将式1-10代