各向同性和各向异性左手介质对电磁波的散射特性研究

前苏联科学家V. G. Veslago在1968年发表文章指出：介电常数和磁导率都为负的介质将具有不同寻常的电磁特性。美国加州大学圣地亚哥分校的D. R. Smith等人根据英国帝国理工学院物理学家J. B. Pendry的研究结果,在2000年首次构造出介电常数和磁导率同时为负的人工介质。这些理论和实验的研究成果证明左手材料(介电常数与磁导率同时为负)是可以被制造出来的,在雷达技术,近场光学等领域具有重要广泛地应用前景,因此越来越多的研究人员进行了左手材料的物理性质、实验室制备以及数值模拟等方面的研究。本论文通过理论分析、数值模拟和软件仿真,重点研究了左手材料的相关性质和应用。研究内容包括适用于左手材料的无分裂场色散时域有限差分法、左手材料球与金属球涂覆左手材料的雷达散射截面、金属球涂覆左手材料的近场特性分析和各向异性左手材料的近场特性分析四部分。该论文的工作涉及以下几个方面：1.第2章提出了无分裂场FDTD迭代时内场与吸收层统一的方法,通过改变内场的计算系数实现了内部场计算与UPML吸收层计算的统一,然后通过场分量的简单存储,结合移位算子法使本程序可以分析各向同性的左手材料,同时也使程序简洁高效。2.第3章结合Drude色散模型,编写三维的无分裂场色散时域有限差分Matlab程序。计算了左手材料介质球与金属球涂覆左手材料后的雷达散射截面,并讨论了改变涂层等效介质参数对目标物体雷达散射截面的影响。3.第4章讨论了改变金属球涂层的介质参数及介质厚度,改变金属球与点源辐射间的距离,得出近场场强分布,很直观地给出了左手材料在雷达技术中的作用。4.第5章讨论了具有不同符号的介电常数和磁导率张量组合的介质特性,仿真了脉冲波束照射各向异性左手材料的近场特性,很直观地演示了各向异性左手材料的吸波特性。