特异材料外包层矩形波导的导波模式研究

"这篇论文是2013年10月发表在《常州工学院学报》上的，作者包括诸一琦、陈宪锋和杨烨。研究主要探讨了特异材料（Metamaterials）如何影响矩形波导（Rectangular Waveguide）的导波模式，特别关注了具有外层为ENG（左手材料，Electronically Negative Group）材料的矩形波导。论文基于马卡提里假设（Marcatili hypothesis），推导出特异材料外包层矩形波导的模式特征方程，并对E_xmn模进行了深入研究。" 正文： 在无线通信和微波技术领域，矩形波导因其良好的传输性能而被广泛应用于信号传输和天线设计。然而，传统矩形波导通常仅支持特定的导波模式，如TE（Transverse Electric）和TM（Transverse Magnetic）模式。本研究引入了特异材料，即ENG材料，作为矩形波导的外包层，这为波导的模式行为带来了新的变化。 马卡提里假设是一种用于分析复合波导结构的理论基础，它允许研究人员在不考虑实际材料微观结构的情况下，处理具有复杂介电常数和磁导率的材料。诸一琦等人利用这一假设，成功地推导出了含有特异材料外包层的矩形波导的模式特征方程。这一方程揭示了特异材料如何改变波导内部的电磁场分布和传播特性。 论文的重点在于对外包层为ENG材料的矩形波导的E_xmn模进行分析。E_xmn模表示沿x轴的电场分量以及与波导长边平行的磁场分量。研究发现，除了传统的横向振荡导模，该波导还能支持一种特殊的x轴向上表面模。这种上表面模在m=1,2时尤为明显，这意味着在特定条件下，电磁能量可以集中于波导的上表面，形成不同于常规矩形波导的行为。 随着模式阶数m或n的增加，E_xmn模的色散曲线整体向高频方向移动。色散曲线描述了不同频率下不同模式的传播特性，这种移动表明特异材料能够调整波导的频谱响应，可能有利于设计宽带或频率选择性器件。 此外，通过绘制各模式的空间电磁场分布，研究者观察到横向表面模的电场能量主要集中在界面附近。这种能量分布的局域性是特异材料特性的一个显著表现，也是与常规材料波导的重要区别。这种现象对于设计高效能量传输或局部场增强的设备具有潜在的应用价值。 关键词涵盖了矩形波导、特异材料、色散曲线和表面模，强调了这篇论文的核心研究内容。文章编号和文献标志码则标识了论文在学术交流中的唯一性。这项工作展示了特异材料在微波波导设计中的创新应用，为未来新型波导器件的开发提供了理论基础。