超常介质电磁特性和应用探索：左手材料与微波器件

"超常介质的电磁特性及其应用研究"是一项关于电磁超材料和左手材料的前沿课题，它由国防科学技术大学的博士生张辉在2009年完成。论文探讨了自然界中物质与电磁波交互作用的基础——介电常数ε和磁导率μ，但超常介质则突破了这一限制，通过人工微结构单元（如金属导线和金属开口环SRR）构建出具有特殊电磁特性的等效材料。 研究的核心内容包括以下几个方面： 1. 分析理论基础：论文概述了Floquet定理、Bloch波和传输矩阵法等分析周期性超常介质的关键理论，着重介绍了如何从S参数中提取等效媒质参数，建立了一套完整的超常介质等效媒质理论体系，还提出了判定左手材料的方法。 2. 谐振型超常介质研究：对金属导线和SRR这样的典型谐振单元进行深入剖析，揭示了它们如何实现等效负介电常数和磁导率，以及左手材料的特性。特别是对SRR在四种极化下的电场分布、等效参数和传输特性进行了详尽的分析，为设计这类材料提供了实用的设计依据。同时，还介绍了互补开口谐振环（CSRR），其电磁特性与SRR有对称性，但能激发电等离子体谐振。 3. 复合左/右手传输线(CRLH TL)：从等效媒质理论出发，研究了CRLH传输线的电磁特性，这种特殊的传输线结合了右手和左手特性。通过分析电压波和电流波在CRLH TL中的传播行为，模拟了非谐振型超常介质中电磁波的传播规律，展示了CRLH TL的独特性能。 这项研究不仅深化了对超常介质内在原理的理解，还推动了超材料在光子晶体、微波电路和天线设计中的实际应用，为新型微波器件的开发提供了重要的理论支撑。通过这些创新性工作，张辉博士为电磁超材料领域的研究做出了重要贡献。"