三维各向异性负折射介质电磁散射特性解析解研究

在本征矢量和平面波乘积用各向同性球矢量波函数展开解析表达式的基础上，对目前物理学和电磁学所研究的热点问题- - 各项异性负折射介质的电磁散射特性开展相应解析解研究，从无源Maxwell方程组出发，建立各向异性（如双轴等）负折射介质球矢量波函数，进而利用脉冲波的球矢量波函数展开形式和电磁场在球边界上切向连续的边界条件和球谐函数的正交性，对各向异性负折射介质球结构（均匀介质球，分层介质球以及涂覆较薄的各向异性负折射介质的导体球）的电磁散射特性开展相应的理论研究，并实现数值计算，为其他方法（如MOM、FDTD等）研究电磁波与负折射介质的相互作用提供相应的验证工具，最后对各向异性负折射介质涂覆导体球所形成的光斑开展研究，给出光斑的明暗程度与导体球半径、各向异性负折射的介质厚度以及负折射介质电磁参数的关系，为制造理想透镜提供理论支持。

在本基金的资助下，三年来，共开展了以下三个方面的研究工作：..1.各向异性球矢量波函数理论，该方面的研究共发表文章8篇，具体如下：.a.从无源Maxwell方程出发，利用傅里叶变换和场的平面波因子的解析表达式，推导出电磁场在无源旋电磁介质中的球矢量波函数的解析表达式，并对其展开了数值计算，所完成的论文分别发表在 IET-MAP 和IEEE Trans. AP上。.b.在前期等离子球矢量波函数研究基础上，研究了确定的等离子体介质涂覆导体球的电磁散射特性，该方面的成果发表在国际期刊International Journal of Antennas and Propagation 上。.c.在前期单轴球矢量波函数研究的基础上，利用线性微分方程的特性和单轴球矢量波函数的完备性，分别对两层和多层单轴介质球的电磁散射特性开展了相应的理论研究，并实现数值计算，数值计算的结果和矩量法以及各向同性介质球的结果相比，符合地比较好。 . 相关论文分别在2009年新加坡亚太微波会议交流和IET-MAP上发表该方面的成果，还参加了几次国内外的学术会议交流。..2.各向异性负折射介质球矢量波函数在介质中的应用研究，该方面发表论文3篇，还有一些后续的成果有待进一步整理发表。具体如下：. 在单轴球矢量波函数的研究的基础上，根据各向同性负折射介质的相关理论，我们分别研究双负单轴分层介质球、单负(介电常数和磁导率二者只有一个是负的)介质球壳、涂覆导体球的电磁散射特性，并实现了数值计算，因没有这个方面的数值计算，我们和各向同性的Mie理论所计算的结果进行了对比，符合地较好。目前研究较多的各向同性负折射介质是其特例。该项目所研究的成果和各向同性负折射介质相比更普遍、更一般。. 有关涂覆旋电磁各向异性负折射介质的电磁散射特性，文章正在整理中，有望近期投稿。..3.微带天线的研究. 天线是移动通信的一个很重要的设备，在此基金的资助下，开展了一些超宽带、微带天线等方面的研究，设计了微带双陷波和三陷波的微带天线，并制作了相应的微带天线，理论和实测结果表明：所设计的陷波天线，在超宽带3-12G范围内的3.3-3.8, 5-5.9和7.2-8.0这三个频段能有效地陷波。在超宽带通信有良好地应用前景。. 现正对负折射介质在L波段机载天线开展研究，有望制作出相应的天线，并对其进行测试，以满足工程需要。