1、列相同的性能，且通过在未填充区域填充以传统谐振结构作为调谐单元，可以同时在多个频段拓展吸波体的吸收带宽或进步增加多频吸波体的吸收频段。对比分析了不同极化下开口环谐振器在太赫兹检测领域的灵敏度问题，发现极化下源于共振的谐振频率与极化下源于偶极子共振的谐振频率在检测灵敏度方面有着相同的变化趋势，真正影响检测灵敏度的是谐振频率的高低谐振频率越高，受被测物厚度和介电常数影响所引起的频率偏移量就越大，灵敏度也就越高。第次将分形结构应用于开口环谐振器中，利用分形结构在相同单元尺寸下具有较高第二谐振频率的特点，对比了传统正方形开口环和电子科技大学博士学位论文阶二阶分形开口环的谐振频率，发现阶分形开口环的第二谐振频率处检测灵敏度最大。将谐振型应用于传统耦合器电路中，利用结构的特殊性质设计了种最高可以实现耦。
2、提出的科赫分形谢尔宾斯基分形，并通过与传统进行对比，指出了分形的优势所在。本章最后还分析了种基于分形树突结构的。第四章，详细分析了种基于四臂阿基米德螺旋的结构，并提出了的稀疏阵列形式，讨论了其对在多频和宽频拓展方面的作用。第五章，分析了不同极化下开口谐振环结构在太赫兹检测方面的灵敏度问题，并分析了基于分形的开口环结构在提高检测灵敏度方面的作用。第六章，详细分析了本文中设计的种基于谐振型的耦合器结构。第七章，对全文工作进行总结，并讨论了下步工作的重点和方向。电子科技大学博士学位论文电子科技大学图标论文题目新型超材料功能器件设计与应用研究学科专业电子信息材料与元器件学号作者姓名马岩冰指导教师张怀武教授分类号密级注学位论文新型超材料功能器件设计与应用研究题名和副题名马岩冰作者姓名指导教师张怀武教。
3、超材料的另重要研究方向是年由和等人提出的基于左手传输线等效电路模型的复合左右手传输线。等人最早提出的左手材料其构成单元包含开口环和金属细线这样的强谐振结构，所以存在着负折射特性的工作带宽很窄几何尺寸大损耗高等问题。而结构的提出源于对传统右手传输线电路模型的电感电容进行对偶互换，如图所示，构成单元中没有类似开口环这样的谐振结构，因此较等人提出的左手结构具有左手频带宽损耗小等优点，而且更易于微波电路的平面集成。由于性能突出，近几年来这种结构在微波射频领域得到了广泛的应用，其对微波传统器件如天线耦合器，滤波器频率选择表面巴伦功分器移相器，延迟线，倍频器等的性能改进和尺寸小型化方面起到了很大的推动作用。第章绪论图复合左右手传输线单元等效电路模型集总元件实现的单元微带结构实现的单元蘑菇状单元本文的主。
4、合度的耦合器，并以此结构为基础，通过调整结构参数还设计了种耦合器，验证了这种基于结构的耦合器既有实现耦合度的能力又有实现任意耦合度的设计灵活性。本文的结构安排本文的章节结构安排如下第章，主要介绍了超材料的起源理论基础实现方式和发展历程，并在最后总结了本文的主要工作和创新点。第二章，介绍了吸波材料的分类方式，指出超材料吸波体是结构型吸波材料的种新型式介绍了超材料吸波体的起源结构演化过程发展趋势和应用领域等介绍了目前分析超材料吸波体常用的两种理论工具，并以传统正方形为例，对比了两种理论下的结果分析了目前见诸文献中仿真的各种设置方法，并对各种方法的局限性进行了简单的描述分析了结构超薄的原因和影响吸收效率的因素，并在本章最后讨论了的口面填充率问题。第三章，采用等效介质理论和干涉理论详细分析了本文中。
5、作频带从到，相对带宽为。由于自身结构的谐振性，谐振型耦合器的工作带宽略窄，但其最大的优点在于结构完全平面化，易于系统集成，而不是像传输线型结构那样在介质板的上下两层之间需要进行打孔连接。关键词超材料吸波体，分形，非频变结构，开口谐振环，复合左右手传输线内实现负的介电常数。负磁导率的人工实现年，等人又发现了种在定的频率范围内可以产生磁等离子体效应可以用于实现负磁导率的圆形开口环谐振器结构。结构的谐振频率源于自身结构上的共振，其中电感源于入射波磁场垂直于圆心时圆环表面感应出的环形电流，电容源于圆环开口处以及内外环间存在的压降。后来研究人员发现这种双环结构其实不是必须的，单开口环结构也具有相同的性能。图所示为的周期阵列结构，其等效磁导率为−−定义为开口环个阵列单元的填充系数，为阵列周期，为外环半。
6、的双频特性来源于自身结构的自相似性，其谐振阵列结构中的所有单元都具有相同的形状相同的尺寸且都处于同平面上，所以克服了组合法中存在的单元尺寸较大层叠法中存在的吸波体厚度增大等缺点。二源于分形结构的空间填充性，在相同吸收频率下分形相比传统具有更小的单元尺寸。三在相同单元尺寸下，分形的第二吸收频率比传统的吸收频率要高，利用这个特点可以突破传统的吸收频率上限，在相同加工精度下制造出吸收频率更高的光波段。文中分别采用等效介质理论和干涉理论对分形进行了详细的分析，并设计了两种分别工作于微波太赫兹频段的分形，发现这两种频段下的分形在吸收性能和单元尺寸压缩能力方面具有较好的致性，验证了是种具有缩比性的谐振结构。提出了种以非频变结构，四臂阿基米德螺旋为谐振单元的。是种具有与分形自相似性性质类似的结构，由于不。
7、负介电常数和负磁导率特性，首次在物理上实现了种可工作于微波频段的维左手材料。随之，在年，该小组的等又成功构建出二维左手材料，并通过实验验证了入射其上的折射波向入射方向偏转的负折射现象。图由金属细线和开口环阵列构建的左手材料等提出的结构等提出的结构超材料的发展与应用由于人们认识上的局限性，超材料发展初期的研究重点只集中于由左手材料的负折射特性引发的些奇异特性上。从年至年间，人们首次认识到通过调谐由金属谐振单元构成的人工结构可以实现对电磁波的任意操控，并通过实验验证了超材料的负折射效应，。此后，大量的以不同结构单元以及复合左右手传输线实现的负折射现象被陆续报道。随着研究工作持续且快速的推进，人们发现了超材料更为广阔的应用前景，其中最引人注目的莫过于“隐身衣”实现。年，和等人提出了通过将方程进行。
8、和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文。保密的学位论文在解密后应遵守此规定作者签名导师签名日期年月日摘要摘要设计开发新型超材料功能器件以及研究超材料对传统微波器件的改进作用已成为目前国际上最前沿的科学热点，本文以超材料为背景，研究内容包括超材料吸波体，用于太赫兹检测领域的分形开口环谐振器，由谐振型复合左右手传输线构建的耦合线型耦合器。主要工作有以下四个方面提出了两种分别以科赫谢尔宾斯基分形曲线为谐振单元的新型超材料吸波体实现了双频吸收单元尺寸小型化极化不敏感和吸收性能受入射角影响小的优异性能。本文中设计的分形与基于传统结构的相比存在三个较为显著的优势与传统实现双频吸收所采用的组合法和层叠法不同，分形。
9、径，为耗散因子，为沿开口环周长的单位长度电阻，为开口环的谐振频率。在−范围内。开口环结构在入射电磁波下除了产生磁响应外，还会产生电响应，只是电谐振的响应频段要高于磁响应频段。针对这个特点，年浙江大学的和等人分别提出了种型和型的谐振结构，如图所示，这两种结构不但可以像开口环那样同时产生电磁谐振响应，而且通过尺寸调整可以使其谐振于同频段，这样就可以在没有金属细线阵列存在的情况下只使用种谐振单元就构建出了左手材料，而且由型谐振单元构建的左手材料还具有宽频多频损耗小的优点。图改进的左手材料谐振结构型谐振单元型谐振单元第章绪论单负结构的组合方式年，美国加州大学分校的教授领导的研究小组将等人提出的金属细线阵列和开口环阵列这两种单负结构组合在起，如图所示，通过分别调整它们的结构尺寸使其在相同的频段表现出。
10、要贡献与创新本文的研究重点包括四个方面基于分形结构的超材料吸波体基于非频变结构的超材料吸波体基于分形结构的太赫兹开口谐振环和基于谐振型复合左右手传输线的耦合器。主要创新点和贡献如下将分形和分形曲线应用于超材料吸波体中。利用分形结构的自相似性和空间填充性，改进了传统超材料吸波体的单元结构，使其在性能取得了双频吸收单元尺寸小型化极化不敏感吸收性能受入射角影响小的优异表现，并克服了传统双频吸波体单元尺寸较大加工难度大以及吸波体厚度增大的缺点。将种非频变结构四臂阿基米德螺旋结构应用于超材料吸波体中，实现了三频吸收极化不敏感吸收效率受入射角影响小的优异性能。并第次提出了超材料吸波体阵列单元的填充率问题，发现在不改变吸波体单元结构的前提下，通过调整吸波体的厚度，填充率较低的稀疏阵列结构仍可实现与全填充。
11、坐标变换可以对电磁空间分布如电磁射线的曲直电磁能量的分布实现任意控制的目的精心构造的材料参数随空间位置变化的“隐身材料”可以使进入其中的电磁波沿材料层间传输并绕过材料内部的物体，并最终按照与自由空间传输距离相同方向相同的形式穿过“隐身材料”，而使材料内部所包含的物体处于“隐身”状态。基于此理论，如图所示，等设计实现了种由层开口谐振环组成的“隐身衣”结构，随之，中国东南大学的崔铁军教授和美国杜克电子科技大学博士学位论文大学合作，也成功研制出了种工字型结构的“隐身衣”。此外，基于这种理论的应用还体现在波束聚集器场旋转器波形变换器，等众多新型功能器件上。超材料的众多应用中还包括超材料吸波体技术用于太赫兹检测的传感技术超材料声波成像与隐身技术等等。图两种超材料隐身斗篷等提出的结构崔铁军等提出的结构。
12、授电子科技大学成都姓名职称单位名称申请学位级别博士学科专业电子信息材料与元器件提交论文日期论文答辩日期学位授予单位和日期电子科技大学年月日答辩委员会主席龚敏评阅人赵新杰潘伟姜胜林刘颖力钟智勇注注明国际十进分类法的类号。独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名日期年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅。
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