一种基于电磁超材料的抗干扰天线

设计了一种基于电磁超材料的抗干扰天线.该抗干扰天线由矩形波导腔体,铺设于波导腔体底部宽边的电磁超材料以及位于波导腔体上部宽边的辐射缝隙构成.当电磁超材料表现为完美电导体时,该抗干扰天线同传统波导缝隙天线类似,可高效辐射电磁波.当电磁超材料表现为完美磁导体时,该抗干扰天线的性能与带阻滤波器相似,可抑制特定频段的干扰电磁波.该抗干扰天线实现了天线与滤波器的高度集成,结构紧凑.仿真与测试结果显示该抗干扰天线在工作频段具有良好的辐射特性,同时对干扰频段电磁波的抑制可达40 dB.     

基于电磁超材料的微波单向传输圆波导设计

微波隔离器是微波系统中不可或缺的器件,常见的隔离器都采用了铁氧体旋磁材料配合吸收负载实现电磁波的单向传输。这种器件虽然可以使电磁波单向传输,但是并不能改善能量的浪费问题,还增加了系统的复杂度。针对上述问题,本文基于电磁超材料设计了一种微波单向传输的圆波导,使用波导内壁涂覆折射率逐渐变化的材料来影响电磁波的传输特性,从而实现电磁波单向传输。本文给出了微波单向传输的电磁计算模型和超材料结构及属性,并通过简化这种超材料使其易于实现;最后通过电磁仿真分析了这种材料的电磁特性并给出了这种材料的实现方法。     

一种采用吸波透波超表面的天线RCS宽带减缩新方法

设计了一款具有吸波/透波双重特性的超表面,并将其用于微带天线的覆层,实现天线雷达散射截面(radar cross section, RCS)的宽带减缩. 将传统的结构性吸波材料金属单元用氮化钽材料置换,提升了吸波带宽. 同时,将吸波材料与频率选择表面相结合,实现了覆层对于不同来波方向的电磁波分别呈现吸波/透波两种截然不同的电磁特性. 将覆层置于天线上方,当天线工作时,天线辐射的电磁波可以完美穿过覆层,因此对于天线的辐射特性不会造成影响. 当雷达波照射至天线时,覆层所呈现的宽带吸波特性可最大程度降低天线的RCS. 仿真结果表明:使用本文所设计的吸波/透波超表面作为天线覆层时,天线的辐射特性几乎未发生变化;而天线的单站RCS最大减缩量可达20 dB以上,减缩带宽可达5～19 GHz;同时,天线的单、双站RCS在较宽的角度范围内也得到明显的缩减.     

太赫兹Smith-Purcell自由电子激光研究进展

太赫兹电磁波在材料表征、医学成像、无线通信、安全检测等领域有广泛的应用前景,是当前科学研究热点之一。基于自由电子与周期性光栅结构相互作用产生的Smith-Purcell辐射的Smith-Purcell自由电子激光凭借其易加工、可调谐、高功率等优点成为发展高功率太赫兹源的有效途径之一。本文对太赫兹Smith-Purcell自由电子激光的近期研究进展进行了综述,对基于特异Smith-Purcell辐射新型Smith-Purcell自由电子激光以及基于预群聚电子注的Smith-Purcell太赫兹源进行了着重介绍,这两类新型太赫兹自由电子激光结构克服了传统自由电子激光的若干缺点,有望发展为具有重要应用前景的紧凑型、大功率太赫兹源。     

TE波辐射下超材料正方形电磁斗篷特性分析

利用有限元方法分析了TE波辐射下,超材料正方形斗篷的电磁特性.发现当超材料的介电常数、磁导率和电导率偏离理论值5%时,斗篷外的电场发生了明显变化;当超材料的介电常数、磁导率和电导率为理论值时,不论在斗篷内放置什么特性的材料,也不论斗篷内壁上的边界条件如何,超材料正方形斗篷都具有隐形作用.所得到的仿真结果与Rahm等人的结果进行了比较,证明了所采用电磁模型的有效性.     

电磁超表面透镜的前沿成像应用进展

电磁超表面是电磁超材料的一种二维形式,它由许多亚波长结构单元按某种特定规律排列形成,可以实现对电磁波相位、偏振和振幅的任意调控。与传统光学器件相比,它具有超薄的厚度,其小型化、紧凑化、易于集成等优点在光学系统中具有广泛的应用前景,掀起了国内外的研究热潮。文中首先从超表面的波前调控原理入手,对电磁超表面透镜成像机理进行了阐述,接着介绍了电磁超表面透镜在成像应用中的一些前沿进展,最后进行了总结,并对其未来的发展方向进行了展望。     

电磁超表面与信息超表面

电磁超材料和超表面是物理、信息与材料领域的热点与前沿,带来了许多新奇的物理现象和突破性的应用. 信息超表面作为近些年来新兴的研究方向,通过数字编码的方式来调控电磁波,构建了由物理世界通往数字世界的桥梁. 本文首先全面总结了电磁超材料与超表面的起源与发展历程;其次重点介绍了可调超表面与可重构超表面、时空调制超表面与器件的发展现状;接着系统介绍了数字编码与可编程信息超表面的基本概念和主要应用,讨论了信息超表面存在的挑战与未来展望;最后简要对电磁超表面和信息超表面的发展趋势进行了总结.     

电磁超材料吸收器的研究进展

基于电磁超材料的电磁谐振吸收器通过合理设计器件的物理尺寸及材料参数可对入射到吸收器的特定频率的电磁波实现100％的完美吸收,因而受到国内外学术界的高度关注.综述了当前国内外基于电磁超材料的电磁波完美吸收器在微波和太赫兹波段的研究进展,分类介绍了吸收器的结构及性能特点,最后对电磁超材料吸收器的发展趋势和待解决的问题作了探...     

TE波辐射下超材料圆柱电磁斗篷特性分析

利用有限元方法分析了TE波辐射下,超材料圆柱斗篷的电磁特性。发现当超材料的介电常数、磁导率和电导率偏离理论值0.5%时,斗篷外的电场发生了明显变化;当超材料的介电常数、磁导率和电导率为理论值时,不论在斗篷内放置什么特性的材料,也不论斗篷内壁上的边界条件如何,超材料圆柱斗篷都具有隐形作用。仿真结果与Cummer等人的结果进行了比较,证明了电磁模型的有效性。     

基于超材料的低RCS微带天线设计

近年来，电磁超材料因具有灵活调控电磁波的能力而被广泛应用在天线雷达散射截面（Radar Cross section,RCS）减缩设计中。实现天线RCS值减缩设计的难点是在不影响天线自身辐射特性的条件下，有效拓展天线RCS值减缩带宽。为此，基于超材料的完美吸波电磁特性，通过多个方环形结构以及加载多个电阻实现宽频带设计，设计一个超宽频带单层超材料吸波单元，将其应用在天线低RCS值设计中，设计一款适用于无人机通信频段的低RCS微带天线。通过仿真测试对设计天线和参考天线进行对比，结果表明，设计的天线在保证自身辐射特性不变的情况下，能够在6.5～18 GHz频带内实现大于10 dB的减缩效果，为该领域的研究提供了一种新方法。     

左手介质在增强电偶极子辐射功率上的应用

基于严格的电磁场理论,给出了左手介质壳包围电偶极子后的辐射场本征函数级数解.应用该级数解求解出该情况下的辐射功率,并与自由空间中电偶极子辐射场进行了比较,指出了左手介质在增强电偶极子辐射功率上的应用,并运用微波电路理论对该特性进行了分析验证.     

强等离子体相干辐射放大

提出一种获得相干辐射的新方法。基于这种方法,有希望使自由电子激光器结构变得比较简单,容易实施振荡频率连续调谐。文中给出获得激光增益的条件。     

计算机视频电磁信息泄漏效应研究

基于计算机电磁辐射的实测结果，对计算机视频信号的电磁辐射机理进行建模，利用计算电磁学的方法计算了计算机视频信号的远场电磁辐射；提出了利用FDTD(时域有限差分)计算电磁辐射伴随的噪声衰落的方法，表述了随机噪声的时变和远场特性；最后针对具有20dB噪声的泄漏电磁波进行软件模拟处理，利用同步、滤波、锁相、识别和重构等技术获得了再现的文字图像，研究了电磁信息泄漏现象，讨论了有关的规律。     

基于矢量有限元法的热沉结构电磁辐射研究

 高频、高功率芯片工作时会产生大量的热,热沉可以有效地帮助芯片散热.然而在高频环境下,热沉往往成为主要的电磁辐射源,降低了整个系统的电磁兼容能力,所以有必要对热沉的电磁辐射特性进行研究.本文采用矢量有限元法,从不同的接地方式、散热鳍片数目及厚度变化、鳍片高度变化几个方面分析了热沉的电磁辐射特性,提出了影响谐振频率的关键因素,并从电磁兼容角度提出了热沉设计的注意事项.数值仿真表明,合理的选择接地方式可以有效地提高谐振频率,降低电磁能量辐射;散热鳍片的数目和厚度变化对于谐振频率和电磁辐射没有明显的影响,然而鳍片的高度对于电磁辐射能量影响显著.     

Mode analysis of a dielectric-loaded Raman-type free-electron laser

The Raman-type free-electron laser consists of a relativistic electron beam contained in a dielectric-induced parallel plate waveguide and an array of permanent magnets for the wiggler. Under the influence of the periodic magnetostatic field, the coupling between the scattered electromagnetic wave of the TE mode (positive-energy wave) and the electron plasma wave of the TM mode (negative-energy wave) is investigated in detail. The following results are obtained. First, when a dielectric sheet is loaded on the waveguide, the maximum growth rate and the oscillation frequency can be greater than those for the vacuum Raman-type free-electron laser. Second, by choosing proper values for the relative permittivity of the dielectric sheet and the ratio of the beam guide, the beam energy can be greatly lowered without degrading the oscillation characteristics. Third, the growth rate decays exponentially with the oscillation frequency kept almost constant as the beam-dielectric gap increases     

基于FFT和电磁辐射的低压电弧故障检测

为了快速、有效地检测低压串联电弧,分别对电弧电流信号和电磁辐射进行了检测。对相同负载条件下的电弧电流和正常工作电流信号进行快速傅里叶变换,并以二者频域特性差异作为电弧故障检测的依据。结合简易环形天线接收到的电弧电磁辐射可以进一步提高电弧故障检测的正确率。最后,综合电弧电磁辐射和电弧电流的频域特性,提出了低压电弧故障检测算法。该方法运算量小,易于在嵌入式装置实现,对于电弧故障断路器的研制具有一定参考价值。     

高斯白噪声环境下电磁辐射测量修正

噪声对电磁辐射准确测量影响较大,特别是对一些弱信号电磁辐射测量,噪声影响不容忽视,需要对测量结果进行修正。目前传统修正办法是合理设置频谱分析仪参数,但不同频谱分析仪,参数设置会存在差别,这种方法通用性不强,而且对电磁辐射测量结果精确度提高不明显。对此,本文研究了频谱分析仪基底噪声及测量环境中噪声的特征,提出了基于高斯白噪声的修正方法,并通过实验进行分析验证。该方法能为电磁辐射准确测量与评估提供新的思路。     

基于横电磁波小室的IC辐射发射测试方法研究

集成电路(IC)的发展呈现出小型化和集成化的趋势,使得IC电磁辐射越来越强,准确测试出IC电磁辐射对于集成电路电磁兼容设计有重要意义。横电磁波(TEM)小室法是目前最常用的IC辐射测试方法,它使用方形测试板,测试四个角度(0°, 90°, 270°, 360°)的IC辐射值,然而IC电磁辐射具有角度效应,仅用四个角度无法准确测试出IC最大电磁辐射水平。文中基于TEM小室全波仿真模型,使用单根微带线,验证了角度对于IC辐射的影响。设计了基于STM32芯片的圆形测试板和方形测试板,利用TEM小室测试了不同角度、不同模式下的STM32芯片电磁辐射,测量结果证实了不同模式下圆形测试板的测试结果都要大于方形测试板,最大偏差达到16 d Bm,因此圆形测试板更能准确测出芯片的最大电磁辐射水平。     

Low-voltage infrared free-electron lasers based on gyrotron-poweredRF wigglers

Designs are presented for infrared free-electron lasers (FEL's) with gyrotron-powered electromagnetic wigglers and relatively low voltage electron beams. The use of an electromagnetic wiggler formed by a quasi-optical gyrotron, where the radiation is coupled into a corrugated waveguide, has the potential for substantial increases of FEL gain compared to an open mirror system. Designs for proof-of-principle low-voltage infrared FEL experiments based on both radio-frequency (RF) linear accelerator and electrostatic accelerator technology are presented together with point designs for portable systems covering the infrared windows in the atmosphere