| 【中文题名】 | 电磁波在双负介质和岩土层中传播的研究 |
| 【英文题名】 | Study on Electromagnetic Wave Propagation in Double Negative Metamaterials and Layers of Soil Media |
| 【学科专业】 | 无线电物理 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-12-29 |
| 【中关键词】 | 双负介质,时域有限差分方法,电磁散射,会聚效应,, |
| 【英关键词】 | DNG,FDTD,EM scattering,Foci Effect, |
| 【分类导航】 | 数理科学和化学>物理学>电磁学、电动力学>电磁学>电磁波与电磁场> |
| 【论文摘要】 |
1968年前苏联科学家Veselago发表文章指出,介电系数和磁导系数均为负的介质将具有不同寻常的电磁特性,自2001年美国加州大学San Diego分校的D.R.Smith等人根据英国帝国理工学院J.Pendry的研究结果,首次构造出ε与μ同时为负的人工介质以来,对双负介质的研究已经成为国际学术界一个引人注目的前沿领域。
本文首先介绍了实现双负介质材料的基本结构,双负介质的实验研究进展及该介质各种奇异的电磁学性质,展望了双负介质的应用前景。
接着从双负介质本构关系出发,结合时频转换关系推导出描述双负介质中电磁波特性的微分方程组,将该方程组差分离散得到用于双负介质计算的各维FDTD递推表达式。实现了算法编程,与文献对比验证了算法和程序的正确性。用FDTD方法数值模拟了电磁波在双负介质中的传播及电磁散射。一维FDTD数值模拟了电磁波在双负介质板中的传播,讨论了双负介质的因果律和负折射率效应,二维FDTD数值模拟了电磁波通过双负介质板的会聚效应等物理特性,计算了金属柱覆盖双负介质时的电磁散射;三维FDTD数值计算了金属目标覆盖双负介质时的电磁散射,探讨了双负介质在隐身方面的应用前景。
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| 【论文题纲】 |
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创新性声明 |
4 |
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关于论文使用授权的说明 |
4-5 |
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摘 要 |
5-6 |
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Abstract |
6-9 |
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第一章 绪论 |
9-12 |
|
1.1 论文的研究背景及意义 |
9-11 |
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1.2 本论文主要工作 |
11-12 |
|
第二章 双负介质的研究进展及电磁学性质 |
12-29 |
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2.1 双负介质的实验进展 |
12-20 |
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2.1.1 实现双负介质材料的基本结构 |
12-13 |
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2.1.2 双负介质材料的实验研究进展 |
13-19 |
|
2.1.3 光子晶体中的负折射现象 |
19-20 |
|
2.2 双负介质的理论研究 |
20-26 |
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2.2.1 斯涅耳定律和逆斯涅耳定律 |
20-21 |
|
2.2.2 双负介质平板的会聚效应 |
21-24 |
|
2.2.3 多普勒效应和契仑可夫效应 |
24-26 |
|
2.3 双负介质的应用前景 |
26-28 |
|
2.4 本章小结 |
28-29 |
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第三章 双负介质中波方程及其FDTD形式 |
29-41 |
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3.1 色散介质中电磁场计算的数值方法 |
29-30 |
|
3.1.1 处理色散介质数值方法的时域法和频域法简介 |
29 |
|
3.1.2 FDTD 方法中处理色散介质本构关系的方法简介 |
29-30 |
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3.2 双负介质中波方程及FDTD 递推式 |
30-40 |
|
3.2.1 Drude 介质模型及双负介质中波方程 |
30-33 |
|
3.2.2 三维双负介质FDTD 递推式 |
33-37 |
|
3.2.3 二维双负介质FDTD 递推式 |
37-39 |
|
3.2.4 一维双负介质FDTD 递推式 |
39 |
|
3.2.5 介质边界的处理 |
39-40 |
|
3.3 本章小结 |
40-41 |
|
第四章 FDTD 方法处理双负介质的传播和散射问题 |
41-57 |
|
4.1 一维FDTD 数值结果 |
41-51 |
|
4.1.1 波源的简介 |
41-42 |
|
4.1.2 电负、磁负、双负和双正介质板的反射 |
42-44 |
|
4.1.3 电磁波在双正和双负介质板中传播的比较 |
44-45 |
|
4.1.4 解析方法与1D-FDTD 方法的比较 |
45-48 |
|
4.1.5 有限周期单元分层（真空、双负）的传输特性 |
48-51 |
|
4.2 二维FDTD 数值结果 |
51-55 |
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4.2.1 双负介质实现完美透镜 |
51-53 |
|
4.2.2 双负介质平板的负折射率效应 |
53 |
|
4.2.3 双负介质实现定向天线 |
53-54 |
|
4.2.4 金属柱覆盖双负介质时的电磁散射 |
54-55 |
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4.3 三维FDTD 数值结果 |
55-56 |
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4.3.1 金属目标覆盖双负介质时的电磁散射 |
55-56 |
|
4.4 本章小结 |
56-57 |
|
第五章 平面波在岩土介质中极化和衰减 |
57-63 |
|
5.1 一维FDTD 方法模拟双指数脉冲在单层岩土中的衰减 |
57-58 |
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5.2 散射传递函数法简介 |
58-59 |
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5.3 散射传递函数法模拟微分高斯脉冲在多层岩土中的衰减 |
59-60 |
|
5.4 平面波在岩土介质中极化 |
60-62 |
|
5.4.1 极化相关角度的定义 |
60-62 |
|
5.4.2 平面波在岩土中极化的数值结果 |
62 |
|
5.5 本章小结 |
62-63 |
|
结束语 |
63-64 |
|
致谢 |
64-65 |
|
参考文献 |
65-71 |
|
作者在读期间的研究成果 |
71 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.343337 |
