基本信息
- 项目名称：
- 超材料电磁器件的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 基于坐标变换方法，根据对电磁透明体性能的要求，建立了原空间和变换空间的坐标变换关系，使用解析方法导出了透明体介电常数和磁导率的表达式，仿真了其性能；基于逆数值方法，在不需要知道坐标变换的前提下，设计了任意形状的外斗篷、聚焦器、旋转器等器件，丰富了超材料电磁器件的设计方法；建立了二维超材料平面电磁透镜的LC网络模型，编写了相关核心程序，并通过仿真进行了证实，为设计复杂形状器件奠定了坚实的基础。
- 详细介绍：
- 超材料（Metamaterials）是最近出现的一个新的学术词汇，它是一种介电常数、磁导率可为正、零、负、无穷小或者无穷大的人工材料，它包括左手材料、零电材料、零磁材料以及其它极端电磁参数材料。它具有许多奇异的电磁特性，例如，负折射、完美透镜、逆多普勒效应等。超材料是国内外电磁学、材料科学、物理学研究的一个重要方向和热点，如左手材料的发现被《Science》杂志评为十大科学进展(...(查看更多)
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 探究超材料电磁器件的设计方法，促进其理论、技术发展，并推广超材料电磁器件的应用是本作品撰写的目的。基本思路是对目前已有的三种超材料电磁器件设计方法进行改进和完善：将解析方法改进用以设计任意形状透明体；将设计电磁斗篷的逆数值方法扩展到多种电磁器件设计中；提出基于传输线的LC网络模型，编写计算程序。发表相关论文，并进行实验验证，掌握核心技术，为超材料电磁器件的设计和产业化发展奠定基础。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品分别采用解析方法、逆数值方法和传输线法设计超材料电磁器件，并在相关国际杂志和会议上发表了三篇论文，设计方法具有科学性。其先进性和独特之处在于提出的透明体设计方法适合于任意横截面形状；采用的逆数值方法适用于外斗篷、聚焦器等各种电磁器件；与现有基于ADS软件的设计方法比较，编写的二维超材料LC网络计算程序具有速度快、扩展性强等优点，更适用于计算大型复杂LC网络，具有实际应用价值和现实意义。
应用价值和现实意义
- 超材料电磁器件具有许多奇异电磁特性，其设计方法是近年研究的热点，本作品改进了电磁透明体的解析设计方法，使之适用于任意横截面形状；扩展了逆数值方法，设计了外斗篷、聚焦器等电磁器件，完善了电磁器件设计方法；建立了二维超材料LC网络模型，编写了程序，与现有基于ADS软件的设计方法比较，该计算方法具有速度快、扩展性强等优点。本作品具有极大的实际应用价值，进一步完善仿真方法和实验验证后，将有重要的现实意义。
学术论文摘要
- 超材料是一种介电常数、磁导率可为正、零、负、无穷小或者无穷大的人工材料，它具有许多奇异的电磁特性，例如，负折射、完美透镜、逆多普勒效应等，利用超材料设计电磁器件是目前国内外研究的热点。本文分为三部分：第一，基于变换光学的方法，导出了任意形状电磁透明体原空间和变换空间的介电常数和磁导率的表达式，并利用COMSOL软件作了全波仿真，验证了所建立的电磁器件的性能；第二，基于拉普拉斯方程...(查看更多)
获奖情况
- 本作品在2011年**大学学生课外学术科技作品竞赛中获得特等奖。本作品的部分研究内容已整理成英文论文，共3篇论文，发表情况如下： 1、在国际会议3rd International Conference on Computer and Network Technology—ICSDDP（EI刊源会议论文）上发表，项目成员为第一作者。 2、被2011海峡两岸四地无线电技术研讨会（EI...(查看更多)
鉴定结果
- 2011年6月，我们分别请昆明物理研究所苏君红院士和昆明通用智能科技有限公司高级工程师杨杰对本作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景进行评价（详见推荐人信息）。专家认为，本作品具有创新性和推广价值。
参考文献
- [1] V.G.Veselago, The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of and [J].Sov.Phys.Usp, 1968(10):509-514. [2]J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith. Controlling el...(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 1968年，Veselago从理论上虚构了一种介电常数和磁导率为负数的材料(亦称左手材料或超材料)，并预测存在一系列奇异的电磁效应。2001年，Smith等人在《Science》杂志上发表论文，实验验证了微波频段左手材料的负折射效应，引起了科学界的轰动。2003年，左手材料的发现被《Science》杂志评为十大科学进展之一。2006年， Pendry和Smith等人提出了变...(查看更多)
