桶状单晶片敏感元件的振动分析

桶状单晶片敏感元件由压电陶瓷(PZT-5)薄圆片粘贴在圆筒状金属外壳底部构成.运用有限元法,采用简化的模型对敏感元件进行振动模态仿真,分析了其结构尺寸与振动频率的关系,探讨了影响传感器工作频率的关键因素,优化了元件结构;对敏感元件实体进行实验测试,其1阶振动频率与仿真结果吻合较好.     

植入式人体通信中电磁波在不同组织分界面上的传播特性研究

通过计算电磁波在不同人体组织分界面的入射情况,研究人体信道电磁波跨越不同组织分界面时的传播特性.文章首先利用电磁场边界条件推导均匀平面电磁波向单层与多层导电媒质入射时的反射系数、透射系数及电磁波表达式;然后以人体手臂为研究对象,采用4阶Cole-Cole模型获取10 Hz~100 GHz人体组织介电参数,计算向单层、多层组织入射时各个分界面上的最大入射角、反射系数、透射系数与平均能流密度,结果显示,垂直入射是电磁波透射多层人体组织的主要路径,皮肤与空气分界面的反射系数最大,频率小于1 MHz或大于10 GHz的电磁波能量比较难在人体内外传播,电磁波平均能流密度传播随频率呈带通特性,带宽及中心频率与器件植入位置有关等;最后采用COMSOL Multiphysics建立电磁波向3层人体组织垂直入射的有限元仿真模型,仿真结果与理论计算结果相比误差小于0.000 08,验证了理论推导与计算的正确性.     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

二维光子晶体带隙结构的透射特性

应用时域有限差分法(FDTD)研究了二维光子晶体的透射特性。计算了二维完善的周期性介质柱排列和带有缺陷的排列的带隙结构，得到了透射系数对入射光频率的依赖关系曲线。     

矩形晶格结构对二维压电声子晶体带隙的影响

通过计算二维压电声子晶体透射系数,研究了矩形晶格结构对声子晶体带隙的影响。为得到声子晶体的透射系数,构建叉指换能器(IDT)中间放置声子晶体的器件模型,IDT作为激发和接收端,声子晶体作为传输通道。通过有限元软件计算出模型的电学参数,分别结合IDT的混合矩阵(P矩阵)和声子晶体的散射矩阵,推导和计算出声表面波的透射系数,并找出带隙范围。该文在128°-YX铌酸锂基片上制作IDT和矩形晶格以圆孔为散射体的声子晶体。通过调整矩形晶格中y方向上晶格常数,理论和实验上均得到了2个方向上的带隙变化。结果表明,随着y方向上晶格常数的增大,x方向上的带隙逐渐分为两段,y方向上的带隙逐渐缩小,使y方向上的带隙夹在x方向两段带隙间。实验结果与计算结果较吻合。     

多层介质平板结构的传输线等效面模型及相位修正算法

针对电大复杂多层介质结构目标电磁散射特性分析与应用对计算资源和效率的需求,提出了基于传输线理论的等效面模型,推导了相应的相位修正算法,实现对此类目标散射特性的快速准确预估.等效面模型将多层介质平板结构等效为平面,基于传输线理论,采用电路分析中常用的网络分析方法计算该平面的反射系数与透射系数,并通过引入多层介质结构厚度、入射和观测方向等信息实现对反射系数与透射系数的相位修正.仿真结果验证了该文方法的正确性和高效性.      

新型多重开孔式声子晶体低频带隙研究

设计了一种新型多重开孔式局域共振声子晶体结构,结合有限元法计算并分析所设计结构的带隙生成机理和振动特性,并在此基础上进一步分析了带隙影响因素。结果表明,与传统的全连接结构相比,该单元结构质量较轻,且带隙更宽,可在40.8～256.7 Hz范围产生带隙,带隙宽度达215.9 Hz,占整个低频范围的92.95%。通过进一步优化结构参数,第一带隙起始频率可低至36.1 Hz,带宽为174.1 Hz。该结构保证较轻质量的同时可实现低频内的较宽带隙,对飞机、潜艇等舱室的低频降噪具有潜在应用前景。     

1维光子晶体中TM波的传输公式及其辨析

为了得到1维光子晶体中TM波的传输公式,采用传输矩阵的方法和电磁波的边界条件,推导出TM波在介质层中的特征矩阵及其反射系数和透射系数公式。结果表明,用TE波反射系数和透射系数公式做代换的方法不能得到正确的TM波的反射系数和透射系数公式;对推导出TM波的反射系数和透射系数公式进行了分析,由TM波的反射系数和透射系数公式得出的光强透射率和反射率满足能量守恒;并且推出的TM波反射系数公式不仅能够反映反射波与入射波的数量关系,且能够反映反射波与入射波的位相关系。这些结果对研究1维光子晶体中TM波的传输性质是有帮助的。     

一维声子晶体在防止低频噪声中的应用

应用集中质量法研究了集中质量数n、晶格常数a、组分比t、弹性模量E及密度ρ等因素对一维声子晶体带隙的影响.结果表明,带隙起始频率及带宽随a增加而减小,随t增加而快速增大(当t>1);带隙起始频率随两种材料E差值与ρ差值增加而减小,而带隙截止频率却不变;带隙精度则随n增加而增大.据此设计出一种能屏蔽约59～557 Hz范围内低频噪声的复合结构声子晶体.     

Wide-Band Matching of Lossless Waveguide Two-Ports

A new procedure of matching is presented, based in the equations which transform the output reflection coefficient of a lossless two-port network into the input reflection coefficient. The parameters of the equations are the residual reflection coefficients which can be easily measured. The optimum reflection coefficients which have the minimum frequency variation are computed for the specific case when the frequency variation of the residual reflection coefficients can be approximated by a circular arc in the smith diagram. An illustrative example is given to explain the determination of the position and the size of the inductive obstacles that match a waveguide two-port structure within a wide frequency band.     

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大.     

Reflection properties of two-layer dipole arrays

The mutual impedance method for determining the reflection from a loaded dipole array is extended to the case of two parallel planar dipole arrays. The dipole arrays are illuminated by a plane wave with arbitrary incidence angle in either theE- orH-plane. The specular reflection coefficient obtained is shown, with proper design, to have a more narrow stop band with steeper skirts and a flatter top than that for a single array. The near-field coupling is included in the analysis, and the criteria for the validity of a simple transmission line solution are given. For close spacings the near fields may cause the reflection coefficient curve to: 1) not reach unity reflection; 2) attain unity reflection at one frequency; or 3) attain unity reflection at two frequencies, with a shallow dip between. The type of resonance curve obtained depends on the spatial arrangement of the two arrays. The evaluation of the mutual impedance sums is greatly simplified by certain impedance relationships that are presented. Calculated and measured reflection curves for various array separations are included.     

镜像单元周期性固液声子晶体中谐振的研究

利用散射矩阵,通过数值计算,研究了声纵波在镜像单元一维固-液周期声子晶体中的谐振特性。由Bloch定理的色散关系得到了其带隙结构。声纵波正入射时,在透射谱的奇数倍频附近出现6条窄带谐振透射峰,而偶数倍频附近有5条弱谐振透射峰。当声纵波斜入射时,谐振透射峰均向高频方向移动,且透射带宽减小。另外,在全反射条件下声纵波入射时,透射谱中谐振透射表明,此时产生了谐振隧穿效应。当入射角为25°时,透射谱中仅有一条谐振隧穿峰。     

单负材料组成的周期结构中的快慢光

本文研究由介电系数和磁导率为负的材料组成的一维光子晶体中的电磁波脉冲的传播特性。利用传输矩阵的方法,计算出了该结构中脉冲传播的透射谱和相时间.数值结果表明,在光子带隙的带边和带底会分别出现脉冲传播速度减慢和加快的现象.若周期结构中间存在缺陷层,光子带隙中会出现极窄的透射峰,因此,对应于该频率的电磁波在该体系中传播时速度会变得更加缓慢.     

高折射率芯Bragg光纤的模式特征

应用平面波法得到了Bragg光纤中光子能带结构：应用全矢量模型分析了高折射率芯Bragg光纤中的模式。研究结果表明，高折射率芯Bragg光纤巾的模式可以通过全反射和光子禁带效应两种机制进行传输；由于光纤包层巾多层介质结构及高折射率对比的引入，Bragg光纤具有与阶跃光纤不同的新颖传输特性。作为例子，设计了在800nm附近色散平坦的Bragg光纤。     

Features of propagation of surface acoustic waves in two-dimensional phononic crystals on the surface of a lithium niobate crystal

Two-dimensional phononic crystals are fabricated on the surface of a lithium niobate crystal. A numerical method is developed for calculating the frequency dependences of the transmission and reflection coefficients of a surface acoustic wave for a rectangular region with two-dimensional periodic structure on the surface of an elastic body. Measurements of the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients are performed for propagation in the part of the lithium niobate crystal surface on which two-dimensional phononic crystals were fabricated. Forbidden zones are found in the transmission spectra of the waves transmitted through phononic crystals. It is shown that, if the width of the incident wave beam is less than the width of the region with the two-dimensional periodic structure (the two-dimensional phononic crystal), then a resonant increase in the transmission coefficient arises near the center of the rejection band.     

阻抗匹配器级数对铁电体移相器性能的影响

针对铁电体透镜式移相器的阻抗失配问题,分别采用3级、4级和5级的1/4波长阻抗匹配器结构,对铁电体移相器进行阻抗匹配调试仿真。通过对比不同匹配级数的匹配效果,最终确定了4级的匹配方案,并通过进一步优化器件结构,设计出的铁电体移相器在X频段内可实现360°相移,驻波比在主带宽内小于1.2,反射系数大于20 dB,中心频率处反射系数达到40 dB,信号传输系数在低频处小于1.1 dB,在高频处为1.5 dB,实现了铁电体移相器较好的阻抗匹配。