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