强各向异性人工电磁材料单元结构设计

论文总字数：25616字

摘 要

在十几年前，人工电磁材料开始蓬勃发展，而如今，这位科学界的新秀已经在社会生活的许多领域得到了非常重要的应用。本文的主要工作就是设计出具有强各向异性性质的单元结构。通过对常见的人工电磁材料单元结构的数值仿真，来熟悉软件CST和MATLAB的使用操作，通过观察实验的仿真结果，确定这些单元结构是否达到设计要求。最后，在此基础上设计出新的单元结构，并且使新单元结构满足电参数的强各向异性的要求，或者满足磁参数的强各向异性的要求。

本文研究的主要内容如下：

1．回顾人工电磁材料的基础理论知识。该理论知识主要分为两部分：一是单元结构的等效振荡回路的结构及等效电路与电磁参数谐振峰的关系；二是电磁参数提取实验的基本原理。

2．对常见的人工电磁材料进行仿真，通过分析仿真结果，考查该单元结构是否满足本毕业设计的指标要求。

3．设计新的单元结构，并进行数值仿真，根据数值仿真结果分析物理机制，从而调节或改进所设计的单元结构，使其满足设计指标要求。

关键词：人工电磁材料，单元结构，强各向异性

Abstract

In the past decades, artificial electromagnetic materials have flourished. Nowadays, the up-and-coming star of the scientific community has been the very important application in many areas of social life. The main job of this thesis is focused on designing unit cell structure with strong anisotropy. By simulating the unit cells of common artificial electromagnetic materials, the operation of CST and MATLAB is mastered. By observing and analyzing the simulation results, we can judge whether the structure meet the designing requirements or not. Finally, a new cell structure with strong anisotropy of electrical parameter or strong anisotropy of magnetic parameter is designed.

The main contents of this thesis are as follow:

1. Theoretical background knowledge of common artificial electromagnetic materials. This section is divided into two parts: The first one is the equivalent oscillation circuit of the structure and the relation between the equivalent circuit and the resonant peak; the second one is the basic principle about the extraction experiment of electromagnetic parameter.

2. The simulation results of the common artificial electromagnetic materials. I have made the cell structure meet the designing requirements through analyzing the simulating results and then adjusting the structure of the cell.

3. Designing new cell structure and carrying on numerical simulations. According to simulation results, I adjust the structure to make it satisfy the designing requirements.

Keywords：artificial electromagnetic material, element structure, strong anisotropy

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………1

Abstract………………………………………………………………………………………2

第一章 绪论…………………………………………………………………………………5

1.1 引言………………………………………………………………………………5

1.2人工电磁材料的研究背景与分类………………………………………………5

1.3人工电磁材料的应用……………………………………………………………7

1.4本论文的主要内容………………………………………………………………7

第二章 强各向异性单元结构的理论知识和数值仿真……………………………………9

2.1人工电磁材料单元结构的电磁参数提取原理…………………………………9

2.2常见的人工电磁材料单元结构及其理论知识…………………………………10

第三章 常见的人工电磁材料单元结构数值仿真…………………………………………13

3.1SRR的数值仿真结果 ……………………………………………………………13

3.1.1 CST中SRR的建模…………………………………………………………13

3.1.2电磁波从z轴入射进入SRR时 …………………………………………13

3.1.3电磁波从x轴入射进入SRR时 …………………………………………15

3.1.4电磁波从y轴入射进入SRR时 …………………………………………16

3.1.5关于SRR单元结构数值仿真的小结 ……………………………………18

3.2另一种单元结构的数值仿真结果 ………………………………………………18

3.2.1 CST中这种单元结构的建模………………………………………………18

3.2.2电磁波从z轴入射进入该单元结构时……………………………………19

3.2.3电磁波从x轴入射进入该单元结构时……………………………………20

3.2.4电磁波从y轴入射进入该单元结构时……………………………………21

3.2.5关于该种单元结构数值仿真的小结………………………………………22

3.3单个开口环的数值仿真结果 ……………………………………………………23

3.3.1 CST中这种单元结构的建模 ………………………………………………23

3.3.2电磁波从z轴入射进入单个开口铜环时…………………………………23

3.3.3电磁波从x轴入射进入单个开口铜环时…………………………………24

3.3.4电磁波从y轴入射进入单个开口铜环时…………………………………25

3.3.5关于单个开口铜环单元结构数值仿真的小结……………………………26

3.4本章小结 …………………………………………………………………………26

第四章 强各向异性单元结构的设计与数值仿真 …………………………………………28

4.1第一种单元结构的设计 …………………………………………………………28

4.1.1 CST中这种单元结构的建模 ………………………………………………28

4.1.2电磁波从z轴入射进入SRR时……………………………………………28

4.1.3电磁波从x轴入射进入SRR时……………………………………………29

4.1.4电磁波从y轴入射进入SRR时……………………………………………30

4.1.5关于SRR单元结构数值仿真的小结 ………………………………………31

4.2第二种单元结构的设计……………………………………………………………32

4.2.1 CST中这种单元结构的建模 ………………………………………………32

4.2.2电磁波从z轴入射进入SRR时……………………………………………32

4.2.3电磁波从x轴入射进入SRR时……………………………………………33

4.2.4电磁波从y轴入射进入SRR时……………………………………………34

4.2.5关于SRR单元结构数值仿真的小结 ………………………………………35

4.3第一种单元结构的设计……………………………………………………………35

4.3.1 CST中这种单元结构的建模 ………………………………………………35

4.3.2电磁波从z轴入射进入SRR时 ……………………………………………36

4.3.3电磁波从x轴入射进入SRR时 ……………………………………………37

4.3.4电磁波从y轴入射进入SRR时 ……………………………………………38

4.3.5关于SRR单元结构数值仿真的小结 ………………………………………39

4.4本章小结 ……………………………………………………………………………39

第五章 总结与展望 ……………………………………………………………………………40

致谢………………………………………………………………………………………………41

参考文献…………………………………………………………………………………………42

第一章 绪论

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