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第1章 超材料的概念、研究现状及发展趋势1

1.1 超材料的概念及基本特征1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 基本特征1

1.1.3 几种典型的超材料2

1.2 超材料的研究现状3

1.3 超材料的发展趋势6

1.4 超材料的应用研究7

1.4.1 超材料应用于传统微波器件、天线和天线罩性能的提升8

1.4.2 新型功能器件与传感器8

1.4.3 新型光回路与光学器件8

1.4.4 隐身新技术8

1.4.5 声波超材料成像与声波隐身技术9

参考文献9

第2章 基于金属结构的磁超材料设计18

2.1 磁超材料的概念及基本特征18

2.1.1 磁超材料的概念18

2.1.2 磁超材料的基本属性18

2.2 开口谐振环磁超材料及其理论模型19

2.3 磁超材料的单回路镜像对称设计原理20

2.3.1 磁谐振器金属结构单元设计原理20

2.3.2 磁谐振器设计原理的仿真和实验验证21

2.4 垂直入射磁超材料设计24

2.4.1 垂直入射磁超材料的设计原理24

2.4.2 对称连通开口谐振环27

参考文献29

第3章 基于金属结构的电超材料设计31

3.1 电超材料的概念及基本特征31

3.2 电超材料的基本属性31

3.3 Drude型金属线电超材料及其理论模型32

3.4 Lorentz型电超材料的双回路镜像对称设计原理33

3.4.1 电谐振器金属结构单元设计原理33

3.4.2 电谐振器设计原理的仿真和实验验证34

参考文献37

第4章 基于金属结构的左手材料设计39

4.1 左手材料研究进展及现状分析39

4.1.1 左手材料研究的主要内容39

4.1.2 左手材料研究的核心问题40

4.1.3 左手材料的理论和应用研究42

4.2 左手材料研究的发展趋势43

4.2.1 左手材料的理论模型研究43

4.2.2 三维各向同性左手材料研究44

4.2.3 可调左手材料研究44

4.2.4 手性超材料和各向异性超材料研究45

4.3 左手材料的研究方法46

4.3.1 传输频谱46

4.3.2 等效介质理论及等效参数46

4.3.3 多层相移差47

4.3.4 劈尖样品仿真和实验48

4.3.5 平板样品仿真和实验48

4.4 基于电谐振器和磁谐振器的左手材料48

4.4.1 设计原理49

4.4.2 电谐振器和磁谐振器交叉组阵构成的左手材料50

4.4.3 电谐振器和磁谐振器平行组阵构成的左手材料53

4.4.4 电谐振器和磁谐振器交替平行组阵构成的左手材料55

4.4.5 电谐振器和磁谐振器交替交错组阵构成的左手材料57

4.4.6 基于共面电谐振器和磁谐振器的左手材料60

4.5 基于结构单元间共面耦合的左手材料62

4.5.1 基于结构单元共面耦合的左手材料设计原理62

4.5.2 基于类“H”形结构单元共面耦合的左手材料实验验证67

4.6 基于结构单元层间耦合的垂直入射左手材料69

4.6.1 基于单环开口谐振环对的垂直入射左手材料69

4.6.2 基于对称连通开口谐振环（SC-SRR）的垂直入射左手材料74

参考文献79

第5章 基于介质谐振器的全介质超材料设计90

5.1 Mie散射理论90

5.2 基于介质谐振器原理的理论分析91

5.2.1 介质谐振器原理91

5.2.2 介质谐振器的谐振模式与场分布93

5.2.3 电超材料和磁超材料的实现95

5.3 相同尺寸的不同介质构成的左手材料97

5.3.1 理论分析与数值模拟97

5.3.2 实验验证101

5.4 不同尺寸的同一介质构成的左手材料105

5.4.1 理论分析与数值模拟105

5.4.2 电磁波斜入射与极化方向改变时的特性108

5.4.3 实验验证110

5.5 多通带全介质左手材料114

5.5.1 理论分析与数值模拟114

5.5.2 实验验证118

参考文献121

第6章 介质谐振器和金属结构结合的左手材料设计122

6.1 金属中感生电流和介质中位移电流的关系122

6.2 负等效参数的产生和“双负”的实现124

6.3 介质谐振器和金属柱的结合125

6.3.1 负介电常数的实现125

6.3.2 负磁导率的实现127

6.3.3 介质谐振器和金属柱的组合129

6.3.4 实验验证130

6.4 介质谐振器和磁谐振器的结合132

6.4.1 负介电常数的实现132

6.4.2 负磁导率的实现133

6.4.3 介质谐振器和磁谐振器组合134

6.4.4 实验验证136

参考文献138

第7章 多频带、三维各向同性和可调超材料设计140

7.1 多频带左手材料140

7.2 三维磁超材料设计144

7.2.1 电场方向垂直于基板型三维磁超材料144

7.2.2 由连通的开口谐振环构成的三维磁超材料149

7.3 三维左手材料154

7.3.1 基于共面电磁谐振结构单元的三维左手材料154

7.3.2 基于耶路撒冷十字结构单元的三维各向同性左手材料156

7.4 可调超材料161

7.4.1 基于旋转内环SRR的可调磁超材料161

7.4.2 基于宽边耦合SRR的可调磁超材料及左手材料167

参考文献172

第8章 超材料完美隐身技术174

8.1 坐标变换理论174

8.1.1 光学空间的正交变换174

8.1.2 光学空间的一般变换176

8.2 规则形状隐身套设计178

8.2.1 圆柱和球形隐身套178

8.2.2 椭圆柱隐身套179

8.2.3 旋转椭球隐身套180

8.2.4 隐身套参数方程在柱坐标系中的简化182

8.3 任意形状隐身套设计185

8.3.1 任意形状隐身套设计的近似方法185

8.3.2 任意形状隐身套设计的数值方法188

8.4 开口隐身套设计192

8.4.1 单开口隐身套192

8.4.2 多开口隐身套195

8.4.3 误差估计196

8.5 电磁参数奇异性的消除196

8.5.1 二维圆柱隐身套参数奇异性的消除197

8.5.2 二维椭圆柱隐身套参数奇异性的消除200

8.5.3 三维球状隐身套参数奇异性的消除205

参考文献208

第9章 超材料吸波体210

9.1 材料吸波的基本原理211

9.1.1 材料的吸收率211

9.1.2 材料的阻抗匹配特性211

9.2 基于电磁谐振的超材料吸波体212

9.2.1 极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体212

9.2.2 双面吸波的超材料吸波体216

9.2.3 多频带的超材料吸波体219

9.2.4 较宽频带的超材料吸波体222

9.3 基于电路谐振的超材料吸波体226

9.3.1 基于磁谐振器加载集总元件的超材料吸波体226

9.3.2 基于电谐振器加载集总元件的超材料吸波体228

9.3.3 基于电阻膜结构的超材料吸波体232

参考文献235

第10章 超材料频率选择表面237

10.1 超材料频率选择表面设计原理237

10.2 单通带频率选择表面设计243

10.3 双通带频率选择表面设计248

10.3.1 长金属线与耶路撒冷十字结构组合的双通带FSS的设计248

10.3.2 双面双通带FSS的设计250

10.3.3 长金属线阵列与电谐振子重合双通带FSS的设计252

10.4 具有极化选择特性的频率选择表面设计256

10.4.1 双面极化选择表面的设计257

10.4.2 单面极化选择表面260

参考文献261