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

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 Veselago[1]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、磁场强度和波矢量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[2-4]。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David Smith[5]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振器( SRR, sp lit ring resonator)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[6-10]。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”[11-13]、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[15-17]，并能实现一定程度的光频段负折射现象，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： 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。 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，当电磁波以入射角射入时，图1为其示意图： x x z 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： 电磁波在无源介质中传播时有，。此外，。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： 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、和、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。记为介质层的修正导纳则可得： 其中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和透射系数，并得到反射率，透射率。 对于TM模，记为修正导纳，可采用相同方法研究。 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绘制反射率和透射率随变化的特性曲线。 TM模情况也可采用类似方法研究。 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和透射率如何随之变化，并用MATLAB实现可视化。 四、研究的总体安排与进度： 2010.11： 确定论文选题，收集、查阅各种资料文献； 2010.12： 完成开题报告和开题论证； 2011.1-2：完成公式推导及程序的编写，并完成英文文献翻译； 2011.3-5：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; 2011.5： 论文答辩。 主要参考文献： Jiang, Y. Y., Shi H Y, Zhang Y Q, at el. Characteristics of surface waves in anisotropic left—handed materials [J]. Chin Phys, 2007, 16(7): 1959-1962. Sabah, C., (2008)