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摘要近些年来，超材料（Metamaterials）因为具有在自然界中并不存在的但是极有利用价值的电磁特性，获得了越来越广泛的关注。本文分析了左手材料、超材料散射特性以及天线阵列综合理论，研究了反相编码式超材料（coding metamaterial）的散射特性。首先，采用具有相反相位特性的两种单元结构作为编码超材料的（“0”和“1”）编码，研究了不同的编码方式的超材料的散射特性，其中包括同相编码超材料，一文反相编码超材料和二文反相编码超材料三种情况。然后，进一步研究了单元数N，单元间距D，子阵大小对散射特性的影响。在此基础上，完成了任意编码序列的超材料的分析与设计，实现了RCS缩减的效果。lf0060
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关键词 超材料 编码 散射特性 RCS缩减
Abstract
In recent years, metamaterials get more and more extensive attentions due to special electromagnetic property. In this paper, left-hand property and scattering property of metamaterials together with theory of antenna array synthesis are analyzed, and scattering property of antiphase coding metamaterial are investigated. Firstly, two cell structures with antiphase characteristics are regarded as ("0" and "1") of coding metamaterial. Scattering property of metamaterials with different codes including in-phase,1D antiphase and 2D antiphase. Secondly, effects of element number N, distance D, size of subarray on scattering characteristics are discussed. Based on above analyses, metamaterials with random codes are analyzed and designed for RCS reduction application.
Keywords metamaterials cording scattering characteristics RCS reduction
目次
1 引言 1
1.1研究背景及意义1
1.2超材料的研究现状2
2 超材料的电磁特性分析4
2.1 左手特性分析4
2.2 散射特性分析5
2.3 天线阵列综合理论分析7
3 基于反相编码超材料的散射特性分析10
3.1编码超材料的结构设计10
3.2 同相编码超材料的散射特性分析12
3.3 反相编码超材料的散射特性分析15
4 基于任意编码序列的超材料的RCS缩减分析19
4.1基于任意编码序列的超材料的散射特性19
4.2 RCS缩减的计算20
结论22
致谢23
参考文献24
附录A26
附录B28
附录C30
附录D32
附录E34
1 引言
1.1研究背景及意义
电磁超材料(Electromagnetic metamaterial)是近些年新兴的一个领域，得到了世界各国科学研究者所的广泛关注。那么，电磁超材料究竟指的是什么呢?到目前为止，国内外仍没有给出一个权威、严格的定义。狭义上来看就是指左手材料(介电常数和磁导率均为负)、单负介质(负介电常数、或者负磁导率介质)，与入射电磁波的波长相比，该材料的单元周期常数要小得多。从广义上来说，超材料是一种人工复合媒质，它具有自然界中的介质所不具备的超常的物理特征。广义上来定义，超材料包括狭义上指的左手材料，单负介质，还有复合结构材料比如光子晶体。
左手材料的理论和实验研究是电磁超材料最初的研究领域，左手材料因为其介电常数和磁导率都是负值，所以它具有很多自然界材料所不具备的物理性质，比如:负折射率、相速与群速方向相反、反常的Doppler效应、反常的Cerenkov辐射效应等。在最初的研究方面，取得的成果应该归于Lamb[1]，他在在1904年就意识到了自然界中存在后向波，然后是Mandelshtam[2], Sivukhin[3], Veselago[4]等对这种介质进行的进一步的研究。因为Veselago是第一个对这种介质的电磁特性从理论上系统研究的，而且给出了左手材料的定义，所以现在大多数人都把这种材料的最初研究归功于Veselago。