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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 电磁超介质的研究进展4

1.2.1 起步阶段4

1.2.2 争议阶段5

1.2.3 深入研究阶段7

1.2.4 实际应用阶段11

1.3 电磁超介质的发展展望13

1.4 本书的组织20

第一部分 左手材料23

第2章 基本理论23

2.1 引言23

2.2 服从麦克斯韦理论24

2.3 边界条件29

2.4 色散介质的熵31

2.5 逆斯涅尔定律34

2.6 费马原理39

2.7 菲涅耳系数40

2.8 完美透镜40

2.9 逆聚焦／逆发散现象42

2.10 亚波长衍射43

2.11 逆切伦科夫辐射效应47

2.12 逆多普勒效应49

2.13 逆Goos-H？nchen位移效应50

2.14 零折射率左手材料的特性52

第3章 左手材料的构造和实验验证57

3.1 左手材料构造基础57

3.1.1 等效负介电常数的产生方法58

3.1.2 等效负磁导率的产生方法62

3.1.3 Smith结构左手材料67

3.2 典型结构左手材料69

3.2.1 对称环结构左手材料69

3.2.2 Ω结构左手材料71

3.2.3 全固态Ω结构左手材料73

3.2.4 S结构左手材料75

3.2.5 多通带左手材料78

3.2.6 超宽带左手材料80

3.2.7 随机结构左手材料82

3.2.8 有源左手材料85

3.3 左手材料的实验验证87

3.3.1 棱镜折射实验87

3.3.2 其他实验验证方法90

第4章 变换光学96

4.1 费马原理的坐标变换97

4.2 任意形式的坐标变换101

4.2.1 坐标变换101

4.2.2 度量张量103

4.2.3 向量和基105

4.2.4 一阶形式和一般张量106

4.2.5 坐标和非坐标基107

4.2.6 向量积和莱维齐维塔张量107

4.2.7 向量的协变导数109

4.2.8 张量和度量的协变导数113

4.2.9 散度和旋度115

4.2.10 拉普拉斯算子115

4.2.11 测地线和曲率118

4.3 任意坐标系下的麦克斯韦方程组120

4.3.1 几何学和媒质120

4.3.2 变换媒质理论122

4.3.3 波动方程和费马原理124

4.3.4 时空几何126

4.4 变换媒质的实现129

4.4.1 空间变换媒质129

4.4.2 电磁隐形132

4.4.3 完美透镜140

4.4.4 移动媒质145

4.4.5 光学阿哈罗诺夫-玻姆效应147

4.4.6 视界的类比150

第二部分 复合左／右手传输线157

第5章 一维复合左／右手传输线157

5.1 理想左手传输线157

5.1.1 非对偶型左手传输线157

5.1.2 对偶型左手传输线160

5.2 理想复合左／右手传输线161

5.2.1 电报方程161

5.2.2 行进的电压和电流163

5.2.3 等效本构参数167

5.2.4 平衡与非平衡特性分析168

5.2.5 有耗特性分析172

5.3 LC网络形式的复合左／右手传输线175

5.3.1 LC网络176

5.3.2 传输矩阵179

5.3.3 输入阻抗193

5.3.4 截止频率195

5.3.5 色散特性197

5.3.6 布洛赫阻抗203

5.4 复合左／右手传输线的构造机理204

5.4.1 负介电常数产生的物理机理205

5.4.2 负磁导率产生的物理机理208

5.4.3 负磁导率和负介电常数产生的物理机理211

5.5 一维复合左／右手传输线的设计与实现212

5.5.1 一维复合左／右手传输线结构的设计流程212

5.5.2 一维复合左／右手传输线结构LC参数分析214

5.5.3 一维复合左／右手传输线结构的实验验证217

5.6 谐振型复合左／右手传输线220

5.6.1 谐振环结构复合左／右手传输线220

5.6.2 互补谐振环结构复合左／右手传输线222

第6章 多维复合左／右手传输线225

6.1 二维周期性电气网络理论225

6.2 二维复合左／右手传输线网络的本征值问题229

6.2.1 本征值的通用矩阵229

6.2.2 二维复合左／右手传输线的特征值231

6.2.3 二维复合左／右手传输线的色散关系232

6.3 传输矩阵法236

6.3.1 散射参数237

6.3.2 电压和电流的分布241

6.4 传输线矩阵模型法245

6.4.1 无负载传输线网络的TLM模型246

6.4.2 有负载CRLH传输线网络的TLM模型249

6.4.3 介质特性与TLM参数的关系250

6.5 二维分布式复合左／右手传输线252

6.5.1 二维分布式复合左／右手传输线结构252

6.5.2 传播特性和色散关系255

6.5.3 LC参数258

6.5.4 二维CRLH传输线结构的实现263

6.6 二维对偶型复合左／右手传输线269

6.6.1 周期性传播特性分析269

6.6.2 等效媒质理论273

6.7 三维各向同性复合左／右手传输线277

6.7.1 离散电动力学理论简介277

6.7.2 三维各向同性复合左／右手传输线特性分析279

6.7.3 三维各向同性复合左／右手传输线的构造284

6.7.4 三维各向同性复合左／右手传输线的实现288

第7章 复合左／右手传输线的应用294

7.1 双频器件294

7.1.1 复合左／右手传输线的双频特性295

7.1.2 λ/4阻抗变换器298

7.1.3 双频器件实例302

7.2 带宽增强型微波器件314

7.2.1 带宽增强原理314

7.2.2 带宽增强型环形耦合器318

7.3 耦合器322

7.3.1 耦合线耦合器的基本理论322

7.3.2 对称型阻抗耦合器329

7.3.3 非对称型相位耦合器340

7.4 负数阶、零阶谐振器344

7.4.1 负数阶、零阶谐振器原理345

7.4.2 负数阶、零阶谐振器特性347

7.4.3 负数阶、零阶谐振器仿真与验证350

7.4.4 零阶耦合谐振器设计与实现353

7.5 “立体”式复合左／右手传输线结构器件356

7.5.1 “立体”式复合左／右手传输线结构原理356

7.5.2 “立体”式复合左／右手传输线结构特性358

7.5.3 “立体”式复合左／右手传输线结构混频器361

7.6 滤波器363

7.6.1 窄带滤波器363

7.6.2 CSRR结构带通滤波器365

7.6.3 超宽带和高通滤波器366

7.7 漏波天线368

7.7.1 漏波辐射原理368

7.7.2 背射—端射漏波天线373

7.7.3 电扫描漏波天线377

7.8 微带富兰克林天线384

7.8.1 新型微带富兰克林天线原理385

7.8.2 微带富兰克林天线设计390

7.8.3 微带富兰克林天线验证394

第三部分 光子晶体401

第8章 光子晶体简介401

8.1 引言401

8.1.1 光子晶体的概念401

8.1.2 光子晶体与超介质405

8.2 光子晶体的主要特性407

8.2.1 光子带隙特性407

8.2.2 光子局域特性407

8.2.3 光学特性409

8.3 光子晶体的理论研究410

8.4 光子晶体的制备412

8.4.1 物理方法412

8.4.2 化学方法414

8.5 光子晶体的应用416

8.5.1 光子晶体在微波领域的应用417

8.5.2 光子晶体在天线领域的应用419

8.5.3 光子晶体在光学方面的应用420

8.5.4 光子晶体在传感器中的应用425

8.5.5 光子晶体的应用展望426

第四部分 电磁超介质的仿真和设计429

第9章 电磁超介质的仿真和设计429

9.1 电磁超介质的仿真设计概述429

9.2 频率选择性表面430

9.2.1 频率选择性表面的工程设计431

9.2.2 基于Floquet模式法的有限元分析433

9.2.3 频率选择性表面的仿真434

9.3 复合左／右手传输线零阶耦合谐振器437

9.3.1 初始参数的计算437

9.3.2 建模与仿真437

9.3.3 优化设计440

9.4 复合左／右手传输线漏波天线441

9.4.1 初始参数的计算442

9.4.2 色散特性443

9.4.3 单元的设计优化444

9.4.4 布洛赫阻抗447

9.4.5 馈电网络448

9.4.6 仿真结果449

参考文献451