缺陷对左手材料内部能量分布的影响

研究了以金属铜六边形开口谐振环（split ring resonators, SRRs）和铜线为基本结构单元的左手材料内部能量分布状态.利用波导测量线法测量了受X波段（8—12GHz）微波作用时左手材料及含空位和线缺陷左手材料内部电磁场能量分布.实验发现左手材料样品只对其谐振频率9.6GHz及附近发生介电响应，而对非谐振区频率几乎没有响应.引入空位和线缺陷后，导致左手材料内部的电磁场能量幅值整体减小，最大下降幅度达23%. 认为缺陷的引入破坏了左手材料的周期性有序结构，导致SRRs和铜线间的相互作用改变，从而引起其内部电磁场能量变化.     

铁磁线阵的负折射频率区域

从理论上研究了外磁场中的二维正方格子铁磁线阵（FWL）模型的负折射性质,计算中选用的铁磁材料分别为铁（Fe）,钴（Co）,镍（Ni）和钆（Gd）.计算了这些FWL系统的几何参数对于其负折射频率范围的影响以及负折射率随着外磁场变化的规律.发现提高负介电常数频率比较容易实现,而提高负磁导率频率则比较困难.这是因为负磁导率频率主要受饱和磁化强度的限制.所以高饱和磁化强度是提高负折射频率的关键.     

二维圆柱超材料隐身罩的设计和测试

基于坐标变换实现隐身的设想,以方形开口谐振环(Split-Ring Resonators,SRRs)为微元主体,设计构造了二维圆柱形隐身超材料罩.利用CST Microwave Studio软件在8.75 GHz下对不同层超材料的结构单元的尺寸进行了优化设计,实现并加工制作了二维圆柱超材料隐身罩样品,通过自行设计的平面波导系统测试了其隐身效果.测试结果表明:利用所设计的超材料制作的隐身罩具有较好的隐身效果.该项研究具有一定的应用价值和实际可行性.     

逆楞次定律效应的发现与验证

提出了一种工作在超低频段表现出逆楞次定律效应的结构,该结构由高磁导率材料和串联谐振回路组成。当输入频率f大于谐振频率f0时,此结构表现出等效负磁导率特性;当输入频率f0小于谐振频率￡时,此结构表现出逆楞次定律效应。基于电磁感应定律的理论分析与实验的验证结果一致。该结构等价于宏观的电磁超材料单元,其超低频、逆楞次定律效应将在新型高效变压器设计、超低频输供电等领域获得广泛应用。     

基于有限积分法的电磁兼容吸波材料反射率的建模仿真

针对电磁兼容吸波材料反射率试验测试成本较高、理论方法难以精确预测的问题,提出了基于有限积分法的吸波材料反射率的建模仿真方法.使用该方法计算了矩形同轴测试装置空载反射系数,以及分别加载铁氧体瓦和角锥泡沫吸波材料后的反射系数.吸波材料的介电常数和磁导率使用二阶通用色散模型进行拟合.对于铁氧体瓦,仿真得到的反射率略优于实测值,与产品提供的反射率曲线相比,在谐振点处相差10 d B.对于角锥泡沫吸波材料,仿真结果与实测值在有效测试频率范围内相差7 d B.对仿真结果与实验结果的差别进行分析,证明了该方法的可行性.     

双波段共享孔径天线Fabry-Perot谐振腔的设计

通过对频率选择表面的分析,提出一种用于设计部分反射表面(PRS)的方法.该方法可使所设计PRS结构的反射相位在设计频率处产生跃变,并使PRS结构与金属地面构成的Fabry-Perot谐振腔在该PRS谐振频率两端产生两个新的谐振频率,从而实现双波段共享孔径Fabry-Perot谐振天线.设计实例的测试结果表明:当工作频率为11.5,13.2GHz时,其峰值增益分别为16.2,15.98dBi,工作带宽分别为5.5%,3.2%.     

逆楞次定律效应的发现与验证(修订版)

提出了一种工作在超低频段表现出逆楞次定律效应的结构,该结构由高磁导率材料和串联谐振回路组成。当工作频率f大于谐振频率f0时,此结构表现出等效负磁导率效应;当工作频率f小于谐振频率f0时,此结构表现出逆楞次定律效应。基于电磁感应定律的理论分析与实验的验证结果一致。该结构等价于宏观的电磁超材料单元,其超低频、逆楞次定律效应将在新型高效变压器设计、超低频输供电等领域获得广泛应用。     

稀土氧化物Nd2O3填充碳纳米管的微波吸收性能

通过湿化学法制备了稀土氧化物Nd2O3填充碳纳米管.高分辨透射电镜观测到纳米颗粒在碳纳米管内以纳米晶粒形态存在,并呈准连续状态分布.充填碳纳米管的Nd2O3的纳米颗粒提高了材料的磁损耗.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.依据传输线理论计算了材料的反射率(R)、匹配频率(fm)及匹配厚度(dm),结果表明,与未填充碳管相比,Nd2O3填充碳纳米管的相对介电常数虚部ε″减小,相对磁导率虚部μ″和磁损耗正切tanδm增大.当匹配厚度为3.0mm时,稀土氧化填充碳管在3.0GHz处吸收最强,其反射率峰值为-9.09dB,低于-5dB的频宽达0.77GHz.随着吸收层厚度的增加,Nd2O3填充碳纳米管的吸收峰向低频移动,吸收层在S波段具有较好的吸收效果.     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

可调谐的负等效质量密度声学超构材料实验研究

结构简单和宽频响应是负等效质量密度声学超构材料(Acoustic metamaterial,AM)的重要研究目标.本文基于局域共振理论设计了一种结构简单的空心管实验模型,利用声学传输线理论证明其谐振频率与空心管内径密切相关.实验测试的3种不同内径空心管AM的透射曲线分别在1 550 Hz,1 400 Hz和1 300 Hz处出现透射低谷并伴随相位扭折,表明空心管AM在对应的频率附近发生谐振,且符合随内径增大谐振频率降低的理论结果.利用提取参数法实现了3种AM分别在1 143～1 662 Hz,998～1 492 Hz和845～1 352 Hz时的负等效质量密度.通过模拟声场分布阐述了空心管AM负等效质量密度形成的物理机制.空心管结构的提出为设计结构简单、宽频响应负等效质量密度的AM提供了一种可行的模型.     

左右手材料的双层吸波体的设计与仿真

根据传输矩阵法和递推法导出了多层吸波体的反射率公式.利用遗传算法对吸波体各层参数进行了优化设计.分别仿真了右右手材料双层吸波体,右左手材料双层吸波体,左右手材料双层吸波体,左左手材料双层吸波体的反射率随频率的变化曲线.研究结果表明,右左手双层吸波体的性能最好.左手材料作为损耗层时反射率随频率的变化曲线出现多峰现象,有利于频带的展宽.     

具有谐振特性的双通带左手材料的设计

通过对谐振型左手材料的理论分析,提出了一种新型双通带左手材料的单元结构.该结构由E型和双谐振环形构成的谐振器与金属线组合而成,其中谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常数.利用电磁仿真软件,分析该材料单元结构的谐振特性,提取该结构的折射率、波阻抗以及介电常数、磁导率.仿真结果表明:该结构在其工作频段内存在2个通带,并且在这2个通带内该结构都具有左手特性.     

多个简谐振动的合成

在一维、二维及三维坐标中合成多个同频率、不同频率简谐振动,并基于MATLAB软件绘出不同频率简谐振动合成的波形及轨迹.结果显示,多个一维同频率简谐振动可合成为一个同频率的简谐振动;n个一维同振幅、同相位频率相差不大简谐振动的合成结果是形成（n-1）个拍;多个二维同频率简谐振动的合振动是两个相互垂直同频率简谐振动的叠加,合振动的轨迹为椭圆;多个三维同频率简谐振动的合振动是3个相互垂直同频率简谐振动的叠加,合振动的轨迹为椭圆.多个一维频率比为有理数简谐振动的合振动具有周期性,而多个一维频率比为无理数简谐振动的合振动则无周期性;多个二维、三维频率比为有理数简谐振动合成的轨迹是稳定的闭合曲线,而多个二维、三维频率比为无理数简谐振动合成的轨迹则是复杂的非闭合曲线.     

X射线能量分辨率与多层膜测量反射率的关系

X射线能量分辨率大小对多层膜测量反射率有影响. 理论上分析了入射光能量分辨率与多层膜测量反射率的关系. 研究结果表明: 入射光为非单色光时, 多层膜测量峰值反射率低于单色光的反射率; 但是在非设计波长处, 非单色光的反射率大于单色光反射率; 设计波长越短的X射线多层膜, 其测量反射率对入射光单色性越敏感; 对确定的多层膜, 入射光能量分辨率存在一个极限值, 如果能量分辨率小于极限值, 多层膜测量反射曲线是直线, 没有反射峰出现.     

“π”型双频负折射率超材料

基于有效媒质理论,设计了一种"π"型光频段电磁超材料.仿真结果表明,这种超材料能够在550.4THz和577.8THz 2个频率附近产生谐振,并且在谐振频率附近样品的介电常数和磁导率同时为负值;通过将"π"型单元排列成楔形结构,验证了电磁超材料的负折射性能;进一步的研究证实,这种超材料的电磁响应与前后"π"型结构之间的旋转角度密切相关.另外,这种"π"型电磁超材料具有较低的能量损耗,弥补了其他渔网结构损耗高的缺陷,同时也为设计可见光频段的多频电磁超材料提供了一种新模型.     

微波吸收材料的分块设计方法

通常的微波吸收材料采用单层或分层的设计方法,由于各层之间传输的电磁波的幅度和相位变化相互制约,不能独立发挥作用,因而不能有更有效地提高吸收性能,展宽频带,提出了微波吸收材料分块的新技术,给出了它的原理、方法和实例,将微波吸收材料分成数块,每一块反射的幅度和相位可以单独控制,精心调控这些幅度和相位,使合成的矢量幅值较小,就能在较宽的频率内,使总反射较小,设计和实验结果表明：利用现有材料,在8－12GHz频率范围内可以设计出反射率优于－35dB的吸波材料,而8－18GHz频率范围内可以优023dB.3-18GHz频率范围内的设计和实验结果都能使反射率优于－10dB,这样的结果是分层设计无法做到的,证实了分块设计法确能有效提高微波吸收材料性能。     

中国北方粉尘气溶胶中铁氧化物矿物的光谱分析

利用漫反射光谱技术(DRS)对中国北方粉尘气溶胶中铁氧化物矿物进行了较系统的研究.结果表明,在可见光范围,粉尘气溶胶反射光谱的一阶导数曲线在435和560nm的峰对样品中的针铁矿和赤铁矿有识别指示意义,且样品中铁含量与赤铁矿和针铁矿的一阶导数特征峰值大小紧密相关.同时发现不同颜色的反射率与样品中铁的含量及铁氧化物一阶导数值有较强的相关性,其中铁氧化物的含量变化对红光和紫光的反射率影响较为显著,表明铁氧化物在粉尘气溶胶的光学性质中扮演着重要的角色.亚洲粉尘与北大西洋粉尘的光谱分析结果可以进行对比.研究发现,不同区域粉尘气溶胶中赤铁矿与针铁矿一阶导数特征值的比值Hm/Gt存在明显差异,暗示着Hm/Gt值有源区指示的意义.     

用于构成左手化材料(LHMs)的开口谐振环的研究

考虑到谐振环几何形状和相互作用等因素,利用细铜丝制作了六边形开口谐振环(split ringresonator),研究了单个和多个谐振环在微波X波段(8-12GHz)的电磁响应行为。研究结果表明:对于单个谐振环,开口位置影响谐振频率和透射率;谐振环径向间距的在一定范围内增大,谐振频率将向高频移动,当径向间距进一步增大时,谐振频率反向低频移动;同时,谐振环的透射率将持续下降;当开口间距增大时,谐振频率将向高频移动;对于谐振环列(SRRs),谐振环间的相互作用促使谐振环列的透射率峰值明显下降,随着环间距的增大,谐振环列的谐振频率下降,透射率降低;对于一定的环间距,开口存在着一个最佳值,此时,谐振环列发生一次谐振,透射率较低,相反,谐振环列发生两次谐振。     

La_(0.8)Sr_(0.2)Mn_(0.98-x)Fe_xCo_(0.02)O_3微波吸收特性研究

用溶胶-凝胶法制备La_(0.8)Sr_(0.2)Mn_(0.98-x)Fe_xCo_(0.02)O_3(x=0.08、0.10、0.12、0.14)晶粉,用场发射扫描电子显微镜和XRD表征其微观形貌和晶体结构,用微波网络矢量分析仪测量样品在2~18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,根据测量数据计算微波反射率与频率的关系曲线.研究结果表明:900℃煅烧3 h的La_(0.8)Sr_(0.2)Mn_(0.98-x)Fe_xCo_(0.02)O_3粉晶平均粒径约100 nm,晶体结构为钙钛矿型;在测试范围内,样品都有一个吸收峰,峰高及频率位置随x不同而异;厚度2 mm,x=0.08、0.10、0.14,大于10dB的吸收带宽达到4 GHz以上,样品既有介电损耗又有磁损耗,但介电损耗要大于磁损耗.     

几种时间相位展开方法的比较

相位场的展开是基于结构光投影光学三维面形测量方法的关键步骤,复杂相位场的展开也是该方法面临的主要问题之一,时间相位展开方法提供了解决这一难题的一种有效手段.时间相位展开方法利用从多套不同频率条纹图中调解得到的三维截断相位分布,沿时间轴方向上将每点的相位进行独立展开,可以避免二维截断相位图展开过程中引入的误差扩散问题.本文对比了负指数时间相位展开法、三频时间相位展开法、三频外差时间相位展开法以及一次外差时间相位展开法,并引入分块拟合的方法来得到更准确的相位计算结果.完成了计算机模拟和实验验证,标准平面测量时,采用分段拟和的相位误差远小于以前采用的全场拟和法.