【正文】 中國礦業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 姓 名： 張力 學(xué) 號 ： 23090907 學(xué) 院： 信電學(xué)院 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 異向介質(zhì)特性及微波器件 的設(shè)計(jì) 專 題： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 教 授 2020 年 6 月 北京 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 專業(yè)年級 學(xué)號 學(xué)生姓名 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2020 年 12 月 24 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2020 年 12 月 30 日至 2020 年 6 月 5 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 異向介質(zhì)特性及微波器件 的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： (1) 查閱相關(guān)資料 ，了解國內(nèi)外異向介質(zhì)的研究現(xiàn)狀及最新進(jìn)展，分析異向介質(zhì)的基本原理、結(jié)構(gòu)特性及理論基礎(chǔ)。研究了電磁波在不同異向介質(zhì)中傳播所出現(xiàn)的不同特性； （ 2） 學(xué)習(xí)并掌握了運(yùn)用 HFSS 軟件設(shè)計(jì)和仿真天線和濾波器 ； (3)研究了異向介質(zhì)在微波天線和微波濾波器中的應(yīng)用，利用異向介質(zhì)改進(jìn)了多款微波天線和微波濾波器，并運(yùn)用高頻仿真軟件 HFSS 對器件進(jìn)行仿真與優(yōu)化，提高了微波器件性能； （ 4） 翻譯與本題目有關(guān)的外文文獻(xiàn) ； （ 5）總結(jié)了異向介質(zhì)在微波器 件中的應(yīng)用 和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，撰寫論文。 指導(dǎo)教師簽字： 鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 本人簽名： 日期： 中國礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③ 研究內(nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評 閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 異向介質(zhì)（ metamaterials）是指具有負(fù)的介電常數(shù) ? 和負(fù)的磁導(dǎo)率? 的人工合成電磁材料 。 已被美國《 Science》雜志評為 2020 年度十大科技突破之一的異向介質(zhì)，憑借它奇特的性質(zhì)、較大的潛在利用價值和廣泛的應(yīng)用前景，成為了當(dāng)今物理學(xué)和電磁學(xué)研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。本文以異向介質(zhì)特性及其應(yīng)用為研究對象，主要的工作包括以下幾個方面： (1)概述國內(nèi)外異向介質(zhì)的研究現(xiàn)狀及 進(jìn)展 ，分析了異向介質(zhì)的基本 原理、結(jié)構(gòu)特性 及理論基礎(chǔ) 。 研究了電磁波在不同異向介質(zhì)中傳播所出現(xiàn)的不同特性； (2)研究了 周期細(xì)金屬棒陣列、分裂諧振環(huán)、互補(bǔ)分裂諧振環(huán)和復(fù)合左/右手傳輸線的結(jié)構(gòu) 特性 及應(yīng)用 ，簡單介紹了這些結(jié)構(gòu)負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率出現(xiàn)的原因； (3)研究了 異向介質(zhì)在微波濾波器和天線中的應(yīng)用，利用異向介質(zhì)設(shè)計(jì)了多款微波濾波器和天線，并運(yùn)用高頻仿真軟件 HFSS 對器件 進(jìn)行了 仿真與優(yōu)化。 提高了微波器件性能。 關(guān)鍵詞 ： 異向介質(zhì)； 左手材料； 互補(bǔ)分裂諧振環(huán)； 異性介質(zhì)濾波器； 異向介質(zhì)天線 ABSTRACT Metamaterials are new structured materials with negative permittivity or negative permeability or simultaneous negative ε and μ. The newly discovery of lefthanded material has been regarded as one of the ten most significant discoveries by science in 2020. The successful realization of metamaterials has garnered considerable attentions and discussions all over the world, and has been the front and focus area in physics and electromagic research. In this paper, some electromagic characteristics of metamaterials and application in microwave circuit are studied thoroughly. The main contents are listed as follows: (1) The present research status on metamaterials around the world and analysis of the theoretical and experimental basis of metamaterials are introduced. Comparing with the traditional material,detail description about the wave reflection and transmission in some equivalent isotropy metamaterial models are made. (2) The structure characteristics and applications of The Rod Array、 Split Ring Resonator(SRR)、 Complementary Split Ring Resonator(CSRR) and Composited Right/Left Handed (CRLH) are studied. At the same time, the reason of why those Structures have negative permittivity or negative permeability. (3) The application of metamaterials in microwave filters and antennas are studied. Metamaterials have been used to design to microwave filters and antennas, and using the high frequency simulation software calculates the optimize results. The performance of microwave devices have been increased significantly. Key words: Metamaterials。 LeftHanded Materials。 Complementary Split Ring Resonator(CSRR)。 Metamaterial Filter。 Metamaterial Antenna. 目 錄 1 緒論 .................................................................................................................. 1 引言 ............................................................................................................. 1 課題在國內(nèi)外的研究概況 .......................................................................... 1 異性介質(zhì)的研究概況 ......................................................................... 1 微波器件研究概況 ............................................................................. 2 高頻仿真軟件 ANSOFT HFSS 的介紹 ..................................................... 2 Ansoft HFSS 簡介 ............................................................................... 2 建立 HFSS 工程的一般過程 ............................................................... 3 本文研究內(nèi)容 ............................................................................................. 3 對異向介質(zhì)特性進(jìn)行了研究 ............................................................. 3 對異性介質(zhì)天線和濾波器進(jìn)行了研究 ............................................. 3 論文的結(jié)構(gòu)安排 ......................................................................................... 3 2 異向介質(zhì)基本特性 ............................................................................................ 5 異向介質(zhì)的產(chǎn)生與發(fā)展 ............................................................................. 5 異向介質(zhì)特性的理論研究 ....................................