目錄
前言
上篇 微波左手超材料
第1章 左手超材料基本概念與現(xiàn)狀3
1.1左手超材料3
1.2擁有負(fù)參數(shù)的人工超材料5
1.2.1負(fù)有效介電常數(shù)6
1.2.2負(fù)有效磁導(dǎo)率7
1.2.3左手超材料的實現(xiàn)9
1.2.4手性雙各向同性超材料10
1.2.5復(fù)合左右手傳輸線超材料12
1.3超材料設(shè)計——從靜態(tài)場到可見光14
1.4超材料的有效電磁參數(shù)19
1.4.1散射參量提取法19
1.4.2實現(xiàn)負(fù)折射率的充要條件22
1.5超材料新物理特性及應(yīng)用26
1.5.1超級透鏡與突破衍射極限26
1.5.2光學(xué)隱形與變換光學(xué)30
1.5.3捕獲彩虹效應(yīng)36
1.6超材料領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)40
1.6.1克服本征損耗41
1.6.2實驗實現(xiàn)光頻段超材料41
1.6.3三維超材料的發(fā)展42
參考文獻(xiàn)43
第2章 六邊形結(jié)構(gòu)單元與缺陷效應(yīng)53
2.1引言53
2.2負(fù)磁導(dǎo)率材料53
2.2.1六邊形SRRs設(shè)計53
2.2.2六邊形SRRs制備及測試裝置58
2.2.3單個六邊形SRRs測試59
2.2.4兩個六邊形SRRs的相互作用63
2.2.5負(fù)磁導(dǎo)率的實現(xiàn)65
2.3負(fù)介電常數(shù)材料66
2.3.1幾何參數(shù)對等離子體頻率的影響66
2.3.2電連續(xù)性對諧振頻率的影響68
2.3.3負(fù)介電常數(shù)的實現(xiàn)70
2.4實現(xiàn)左手超材料70
2.4.1樣品制備與透射測量70
2.4.2負(fù)折射測量73
2.5負(fù)磁導(dǎo)率材料的缺陷效應(yīng)74
2.5.1引言74
2.5.2一維材料的缺陷效應(yīng)75
2.5.3二維材料的缺陷效應(yīng)79
2.6左手超材料的缺陷效應(yīng)88
2.6.1引言88
2.6.2單層SRRs的缺陷效應(yīng)88
2.6.3三層SRRs的缺陷效應(yīng)93
2.6.4左手超材料的禁帶現(xiàn)象97
2.6.5含LHMs一維光子晶體的反常禁帶103
2.7左手超材料微波反射特性113
2.7.1引言113
2.7.2左手超材料反射仿真113
2.7.3測量儀器及步驟116
2.7.4負(fù)介電常數(shù)材料反射116
2.7.5負(fù)磁導(dǎo)率材料反射117
2.7.6左手超材料反射119
2.7.7禁帶左手超材料反射特性121
2.8缺陷對左手超材料負(fù)折射的調(diào)控125
2.8.1點缺陷與空位對負(fù)折射率的影響125
2.8.2缺陷調(diào)控的雙帶負(fù)折射率131
參考文獻(xiàn)135
第3章 由V結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑負(fù)磁導(dǎo)率材料與左手超材料140
3.1引言140
3.2V結(jié)構(gòu)單元及磁諧振分析140
3.2.1樣品設(shè)計及制備140
3.2.2實驗平臺及數(shù)值仿真軟件141
3.2.3一級V結(jié)構(gòu)142
3.2.4二級V結(jié)構(gòu)144
3.2.5三級V結(jié)構(gòu)145
3.3雙V結(jié)構(gòu)的相互耦合146
3.3.1高級分支對磁諧振的影響146
3.3.2環(huán)間距對磁諧振的影響147
3.3.3三分支V結(jié)構(gòu)的磁諧振149
3.4V結(jié)構(gòu)左手超材料151
3.4.1平行入射151
3.4.2垂直入射154
參考文獻(xiàn)159
第4章 樹枝狀結(jié)構(gòu)負(fù)磁導(dǎo)率材料與左手超材料162
4.1引言162
4.2樹枝狀結(jié)構(gòu)負(fù)磁導(dǎo)率材料162
4.2.1模型構(gòu)造及分析162
4.2.2實驗樣品制備163
4.2.3微波實驗測試平臺163
4.2.4仿真環(huán)境設(shè)置164
4.2.5結(jié)果與分析166
4.2.6各種形貌及結(jié)構(gòu)參數(shù)影響169
4.3樹枝狀結(jié)構(gòu)左手超材料170
4.4單一結(jié)構(gòu)樹枝狀左手超材料172
4.5垂直入射條件下的樹枝狀左手超材料183
4.5.1模型構(gòu)造及分析183
4.5.2實驗樣品制備與測試184
4.5.3結(jié)果與討論184
4.6樹枝狀超材料的分形維數(shù)調(diào)控188
4.6.1模型構(gòu)造及理論分析189
4.6.2數(shù)值仿真與微波實驗192
4.7超材料透鏡亞波長成像質(zhì)量評估195
4.7.1引言195
4.7.2突破衍射極限成像原理196
4.7.3平板透鏡制備及實驗平臺198
4.7.4不同配置條件實現(xiàn)透鏡成像199
4.8準(zhǔn)周期及無序分布的樹枝狀結(jié)構(gòu)超材料207
4.8.1引言207
4.8.2準(zhǔn)晶排列的樹枝狀超材料208
4.8.3樹枝狀超材料的無序效應(yīng)212
4.9基于電流變液的樹枝狀超材料通帶調(diào)諧218
4.9.1引言218
4.9.2原理與測試裝置218
4.9.3電流變液調(diào)控的單連通樹枝狀結(jié)構(gòu)超材料220
4.9.4可調(diào)諧雙連通樹枝狀超材料225
參考文獻(xiàn)230
第5章 其他結(jié)構(gòu)超材料235
5.1引言235
5.2樹葉狀結(jié)構(gòu)左手超材料235
5.2.1模型分析236
5.2.2微波段樹葉狀左手超材料236
5.2.3多層結(jié)構(gòu)樹葉狀左手超材料240
5.2.4光頻段樹葉狀左手超材料241
5.3低損耗“蝴蝶結(jié)”左手超材料243
5.3.1引言243
5.3.2結(jié)構(gòu)模型244
5.3.3結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)與透射行為245
5.3.4低損耗“蝴蝶結(jié)”結(jié)構(gòu)超材料247
5.4H結(jié)構(gòu)左手超材料252
5.4.1結(jié)構(gòu)單元設(shè)計與實驗252
5.4.2實驗結(jié)果與分析252
5.4.3左手特性驗證255
5.5手性超材料258
5.5.1引言258
5.5.2手性超材料廣角90°極化旋轉(zhuǎn)器259
5.5.3復(fù)合手性超材料90°極化旋轉(zhuǎn)器271
5.5.4圓極化波全相位手性超材料287
5.6準(zhǔn)相位匹配非線性左手超材料292
5.6.1引言292
5.6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)果294
5.6.3非線性效應(yīng)與準(zhǔn)相位匹配296
參考文獻(xiàn)299
第6章 超材料電磁參數(shù)計算方法306
6.1引言306
6.2雙各向異性媒質(zhì)的宏觀和微觀參量311
6.3雙各向同性媒質(zhì)本構(gòu)方程的其他形式314
6.4不同形式本構(gòu)方程中宏觀參量的相互轉(zhuǎn)換314
6.5超材料宏觀參量計算方法316
6.6坐標(biāo)系選擇318
6.7計算示例321
6.7.1六邊形開口諧振環(huán)陣列的磁導(dǎo)率321
6.7.2樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列的磁導(dǎo)率325
6.7.3金屬桿陣列的介電常數(shù)326
6.7.4左手超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率329
6.7.5六邊形開口諧振單環(huán)陣列的磁導(dǎo)率和電磁耦合系數(shù)331
參考文獻(xiàn)334
下篇 微波超表面器件
超表面研究簡介339
參考文獻(xiàn)344
第7章 超材料吸收器346
7.1引言346
7.2窄帶超材料完全吸收器347
7.3多帶與寬帶超材料完全吸收器351
7.3.1多帶完全吸收器351
7.3.2寬帶完全吸收器354
參考文獻(xiàn)359
第8章 圓片結(jié)構(gòu)多帶與寬帶超材料吸收器364
8.1圓片結(jié)構(gòu)窄帶吸收器364
8.2圓片結(jié)構(gòu)多帶吸收器369
8.3圓片結(jié)構(gòu)寬帶吸收器373
8.3.1第一種寬帶吸收器373
8.3.2第二種寬帶吸收器375
參考文獻(xiàn)380
第9章 樹枝狀結(jié)構(gòu)超材料吸收器381
9.1樹枝狀超材料窄帶吸收器381
9.2樹枝狀超材料寬帶吸收器383
9.3阻抗匹配樹枝狀超材料吸收器387
9.3.1設(shè)計原理387
9.3.2樣品制備388
9.3.3實驗及仿真結(jié)果388
9.4樹枝狀結(jié)構(gòu)共形吸收器392
9.5無序排列對吸收器特性的影響393
9.6高阻抗薄膜樹枝狀寬頻吸收器397
9.7樹枝狀超材料吸收器的RCS402
9.7.1雷達(dá)散射截面402
9.7.2高阻抗薄膜樹枝狀吸收器的RCS404
9.7.3金屬樹枝狀超材料吸收器的RCS409
參考文獻(xiàn)413
第10章 樹葉狀結(jié)構(gòu)超材料吸收器415
10.1微波段樹葉狀結(jié)構(gòu)吸收器415
10.2紅外波段樹葉狀結(jié)構(gòu)吸收器417
10.2.1單頻樹葉狀結(jié)構(gòu)吸收器417
10.2.2雙頻樹葉狀結(jié)構(gòu)吸收器420
參考文獻(xiàn)423
第11章 超材料天線424
11.1近零折射率高方向性天線424
11.2光子帶隙和電磁帶隙天線426
11.3法布里-珀羅諧振腔天線431
11.4梯度折射率平面透鏡和相控陣天線覆層433
11.5復(fù)合左右手傳輸線天線437
參考文獻(xiàn)441
第12章 超材料基板微帶天線445
12.1引言445
12.2樹枝狀負(fù)磁導(dǎo)率基板微帶天線445
12.2.1負(fù)磁導(dǎo)率材料設(shè)計與制備445
12.2.2超材料的電磁諧振行為447
12.2.3樹枝狀結(jié)構(gòu)超材料微帶天線448
12.2.4討論452
12.3正方形結(jié)構(gòu)負(fù)磁導(dǎo)率基板微帶天線455
12.3.1負(fù)磁導(dǎo)率材料455
12.3.2負(fù)磁導(dǎo)率基板寬帶微帶天線457
參考文獻(xiàn)462
第13章 復(fù)合左右手傳輸線微帶天線465
13.1引言465
13.2非平衡態(tài)復(fù)合左右手傳輸線雙頻天線465
13.2.1天線設(shè)計理論466
13.2.2天線模型469
13.2.3結(jié)果470
13.3負(fù)介電傳輸線微帶天線473
13.3.1矩形負(fù)介電傳輸線天線473
13.3.2圓形負(fù)介電零階諧振器天線484
13.3.3多頻雙模和雙頻/寬頻全向天線492
13.4水平面高增益全向微帶天線510
13.4.1引言510
13.4.2設(shè)計原理510
13.4.3參數(shù)分析512
13.4.4水平面高增益雙磁流環(huán)天線515
13.5雙模雙磁流環(huán)天線的阻抗匹配518
13.5.1貼片耦合雙模雙磁流環(huán)天線519
13.5.2縫隙耦合饋電雙模雙磁流環(huán)天線524
13.6增強(qiáng)傳輸結(jié)構(gòu)高方向性天線527
13.6.1引言527
13.6.2增強(qiáng)傳輸結(jié)構(gòu)528
13.6.3高方向性輻射530
參考文獻(xiàn)534
第14章 諧振腔結(jié)構(gòu)超材料微帶天線540
14.1引言540
14.2各向異性負(fù)磁導(dǎo)率微帶天線540
14.2.1天線輻射機(jī)理540
14.2.2負(fù)磁導(dǎo)率材料和天線設(shè)計542
14.2.3結(jié)果與討論544
14.3近零折射超材料諧振天線548
14.3.1引言548
14.3.2網(wǎng)格狀零折射率天線548
14.3.3樹枝狀零折射率天線553
14.4超低剖面高增益諧振腔天線566
14.4.1引言566
14.4.2天線分析與設(shè)計566
14.4.3結(jié)果與討論568
14.5手性超材料圓極化天線574
14.5.1引言574
14.5.2手性超材料574
14.5.3基于手性超材料的圓極化微帶天線576
參考文獻(xiàn)580
附錄583