文档介绍：第一章绪论
论文的目的及意义
随着科学技术的不断发展进步,人类对自然的认识也越来越深,尤其是以信息产业为代表的高新技术在推动社会经济发展和提高国家综合实力中起主导的作用。新能源和新材料更是推动和加速了信息革命的进程,大大加快了世界的变化更新。
在物理学中,介电常数ε和磁导率μ是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。在已知的这个物质世界中,对于电介质而言,介电常数ε和磁导率μ都为正值,也就是电场、磁场和波矢三者构成右手关系,而且这种规律一直以来也被认为是物质世界的常规。然而一种介电常数ε和磁导率μ都为负的,新型人工材料的出现打破了这种常规,给世界带来了另外一半的神奇。这种打破常规自然定律的材料其神奇在于它具有异于正常自然现在的物理性质,比如反相波现象,坡印廷矢量( Poynting Vector)与波矢的反向平行,逆斯捏尔折射(Reversed Snell Refraction)现象,逆多普勒(Reversed Doppler Effect ),逆楔伦可夫辐射((Reversed Cerenkov Radiation)等。为此,最近几年在物理,光学和电磁科学领域中都非常关注关于异向介质的研究,并在各学科杂志上大量的文章发表,并提出了许多新的理论及其应用。异向介质,这种科学界所谓颠倒物理学常规定律的“左手材料”,它在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的青睐,其研究正呈现迅速发展之势。科学推动社会的进步,根据异向介质其不同凡响的特性,能够在军事上很好的应用,如充当隐形材料和雷达成像等,同时也将会给我们生活的很多方面带来变化,如应用于通讯系统以及资料储存媒介的设计上,用来制造具有更小体积的移动电话或者是容量更大的储存媒体;又比如等效的负折射媒质电路可以拓宽频带,有效减少器件的尺寸,改善器件的性能。为此,我们有可以满怀希望地展望未来,异向介质将会在未来的科学技术的发展中起到至关重要的作用。
随着手机等现代通信设备的尺寸越来越小,天线的研发也朝着小尺寸、宽带、多频带等方向进行。高指向多频带天线也是适应现代移动通信的需要,这也是我们需要设计的。在电磁波应用中,传统的基于法布里一拍罗谐振腔天线,都是要严格符合这样的一个条件,即谐振腔的厚度为工作波长的一半。因此如果波长很长的话,那么谐振腔的厚度也将要很大,在实际应用中会不方便。为此,采用异向介质的开放式谐振腔天线,利用电磁波的带隙
(EBP)完全可以克服这一缺点,大大减少谐振腔的厚度。同时,我们也可以在这样的基础上利用异向介质的特性把谐振腔天线的由单频带扩展到多频带!高指向辐射,多频带的天线具有能量集中,减少没有必要的旁瓣辐射的能量损耗,同时可以也是在军事上或者工业生产生活上都具有很好的应用前景。

“异向介质”是美国麻省工学院的Jin Au Kong教授对这种神奇的“左手材料”的中文命名,除此之外,也有些人称这种介质为:后向波材料(Backward wave materials ),双负材料(Double Negative Materials,简称DNG)、左手材料( Left-hanged material)或者负折射材料(Negative Index of Refraction Materials,简称NIM)等等。
但是关于“异向介质”这个概念最早是在1964年,由前苏联的物理家V G. Veselago提来的。他从Maxwell方程出发,理路上推导电磁波在介电常数ε和磁导率μ同时为负的介质中的传播情况,并理论上指出这种不符合电场、磁场和波矢三者的右手法则介质存在的可能行。1967年, Veselago在前苏联的一个学术刊物上发表了一篇论文,首次报道了他在理论研究中对这一新发现,即:当ε和μ都为负值时,电场、磁场和波矢之间构成左手关系。. Veselago称这种假想的物质为左手材料(left-handed materials, LHM) 。如图1. 1所示:
但是,由于当时V ,自然界中并未发现这类材料,也没有在实验中得到进一步验证,为此关于异向介质这个概念长期以来都是个假想,没有被科学界所认可。
1996年,,从而对异向介质的研究起到了极其重要的推动作用。Pendry在对金属线构造低电等离子材料的方法研究,提出了用Rod结构,而这种结构的等离子频率由金属细线的周期与其半径的比例决定,在小于等离子频率的频段上,这种介质结构在微波波段也具有负的等效介电常数。1999年,