左、右手材料结构吸波性能的计算机仿真

为了考察在吸波体结构设计中引入左手材料所产生的效果,提出了空气/左手介质/右手介质/金属结构吸波体模型,用传输线模型对该结构的吸波特性进行了理论分析,并用遗传算法对结构进行了优化与计算机仿真.研究结果表明,在微波垂直入射条件下,当材料整体电磁参量最优匹配时,在0.4～10 GHz频带内该结构能实现平均-12 dB的反射率.表明左手介质的引入有利于实现材料整体电磁参量的较好匹配,提高吸收峰值,拓宽吸波体的带宽.这为宽频带/多频带吸收材料的研制提供了一条可供选择的途径.     

结构吸波材料的设计与性能预报

雷达吸波材料的吸波性能通常以吸波材料对电磁波的功率反射系数来表示．功率反射系数是各层的厚度、磁导率和介电常数的函数．本文选用多变量函数的搜索方法，利用Hooke-Jeeves算法由C^ 编译器依据传输线理论编制了优化设计程序，对所选用吸波剂MnO和ZnO铁氧体材料进行了计算，并掺入适量的Fe3O4控制自然共振吸收频率，利用共振机理，实现了在较大程度上展宽频带。同时将利用Lichtenecher公式计算出的各个吸收剂成分用环氧树脂作粘结剂，复合成吸波材料，进行了吸波性能测试。结果发现，随着环氧树脂成分的增加，复合材料的电磁参数呈现降低趋势，因而在复合过程中合理地控制环氧树脂的成分，可以得到各层复合材料所需要的电磁参数。     

基于超材料的双频吸波器设计研究

设计了一种基于超材料的双频吸波器,由介质基板和上下两层金属组成。介质基板采用厚度为0.3 mm的高频PCB(印刷电路板):Rogers RT5880(相对介电常数εr=2.2,损耗角正切tanδ=0.0009),金属层厚度0.017 mm,材质铜(电导率σ=5.8×107s/m)。顶层金属为超材料单元胞,由开口金属方环结合十字缝隙组成,底层为全覆盖金属底板。利用HFSS软件进行了电磁仿真,在超材料结构表面施加垂直入射正弦平面波激励。仿真结果表明,其对垂直入射的6.2GHz、9.9 GHz的平面电磁波吸收率分别为80.07%和98.27%。该吸波器可作为基于PCB芯片间无线互连系统的吸波层,防止电磁辐射。     

多层吸波材料的计算机辅助优化设计

介绍了一种用于多层吸波材料设计的计算机辅助优化系统。该系统可以对入射电磁波进行跟踪计算,并借助于单纯形法对计算结果进行自动优化,从而实现了对多层吸波材料的参数优选、分层组配和性能预报。利用本系统还可以实现吸波材料的三维设计,分析各介质层电磁参数对吸收率的影响。     

HDPE/iPP/CB吸波复合材料的导电性能和力学性能研究

利用碳黑（CB）在多相聚合物体系各相中的选择性富集现象，制备出了HDPE／iPP／CB二元聚合物基单层吸波复合材料，使导电相（CB富集相HDPE）为吸波相，有效吸收电磁波能量；非导电相iPP为透波相，作为电磁波进入复合材料的通道．导电性能测试表明，所制备的复合材料中具有明显的渗流现象和二次渗流现象，材料中吸波相和非吸波相并存；力学性能测试表明，适量的CB将增强树脂基体的力学性能，而过量的CB使材料的力学性能下降．分析认为，利用CB在多元聚合物中的选择性富集来制备单层吸波复合材料是一种可行的方法．     

基于反射特性的碳纳米管吸波材料吸波性能检测方法

碳纳米管是隐身技术中的重要吸波材料,不同体积占比碳纳米管吸波材料吸波性能检测与评价是工程应用研究的热点问题.基于吸波材料中电磁波反射特性理论建模,提出利用反射系数表征碳纳米管吸波材料吸波性能的方法,利用等效电阻-电容网络模型,定量分析碳纳米管吸波材料的介电特性;利用层状介质传播模型,分析电磁波在金属衬底吸波介质中传播时的反射特性.不同厚度和体积占比的单壁碳纳米管/聚甲基丙烯酸乙酯吸波材料的反射特性仿真分析结果表明,碳纳米管吸波材料厚度大于1.4 mm时,材料开始具有吸波性,且随着碳纳米管体积占比与厚度的提高,反射系数的中心频率向低频方向偏移.当厚度为2 mm、体积占比为0.5％时,反射系数最小值为-19.07 dB,吸波效果最强;而当厚度为2.4 mm、体积占比为1％时,吸波频带最宽达到5.89 GHz.研究成果为不同体积占比的碳纳米管吸波材料制备与性能检测奠定了理论基础,具有一定的工程应用价值.     

形貌对羰基铁/Fe-Si-Cr复合材料吸波性能的影响

为有效提升吸波材料的电磁吸收强度和有效吸收带宽,采用球磨法对球状Fe-Si-Cr进行扁平化处理,通过机械共混法将不同形貌Fe-Si-Cr和羰基铁粉(Carbonyl iron powder, CIP)复合,研究不同质量比对复合材料电磁参数和微波吸收性能的影响。实验结果表明,大长径比可以提高材料的介电常数和磁导率,并使反射率峰值向低频移动。片状Fe-Si-Cr和CIP的低频吸波性能优于球形粒子。实验制备的复合材料中,样品I的最大反射损耗为-45.92 dB,有效吸收带宽为1.5 GHz。样品L的最大反射损耗为-22.11 dB,有效吸收带宽大于6.2 GHz。吸波剂的形貌对材料的电磁吸收性能有显著影响。将不同形貌的CIP和Fe-Si-Cr按不同配比复合后,可以得到不同频率下性能优良的吸波体。利用阻抗匹配函数可以从理论上预测出反射损耗峰值对应的吸波剂厚度和频率。双层吸波材料相比于单层吸波材料,其有效吸收带宽更大,可以通过改变匹配层、吸收层的厚度来获得不同频率下吸波性能优良的吸波体,更易满足新型吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。     

利用片上超材料构建单芯片太赫兹双频吸波器

利用65 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种新的单芯片超材料结构太赫兹吸波器,面积约为0.60 mm×0.65 mm,包含75个吸波单元. 吸波单元图案采用CMOS工艺中顶层铜金属,厚度为3.2μm,设计为正八边形和正方形开口谐振环的组合结构;介质层由无掺杂硅玻璃、碳化硅、氮化硅等组成,厚度为9.02μm;介质层背面短线采用CMOS工艺中的第一层金属,厚度为0.2μm. 仿真结果表明,该吸波器在0.921THz、1.181THz 2个频率处达到最大吸收率,分别为 97.84%和 95.76%. 克服了采用砷化镓、薄膜工艺实现的太赫兹吸波器与CMOS工艺兼容问题,有利于在大规模集成电路中实现.     

耐高温宽带吸波超材料的设计及实验研究

提出了一种耐高温的宽带吸波超材料的设计和制备方法,得到了在整个X波段均具有90%以上宽带吸收率、可在室温到400℃工作的吸波超材料。该超材料结构由上层石墨电阻膜方片单元,底层石墨反射层以及中间氧化铝介质层构成,结构参数经过有限元模拟优化得到,通过丝网印刷法制备完成。实测与模拟吸收性能吻合良好,且在不同温度下能保持稳定的吸收性能。超材料的宽带强吸收源于磁共振机制带来的宽带阻抗匹配,以发生在电阻膜层的欧姆损耗为主。得益于磁共振机制,其吸波性能保持了较好的稳定性。与传统耐高温吸波超材料相比,该耐高温吸波超材料具有频带宽、吸收强、厚度薄、制备便捷、温度适应性好等特点,有望运用于高温吸波隐身及电磁兼容等领域。     

吸波材料的研究进展

不管是军事用途还是民间用途,吸波材料都扮演着极其重要的角色,能够有效的躲避敌人的雷达探测,从而做到杀敌于无形,在日常生活中,能够有效减少或躲避电磁波对人体或者重要仪器的破坏。吸波材料按照成分分类可分为传统型磁性金属基吸波材料、新型碳基吸波材料、金属硫化物基吸波材料、金属氧化物基吸波材料、MOFs基吸波材料、LDHs基吸波材料、导电聚合物基吸波材料等。综述了吸波材料的最新研究进展,介绍了吸波材料的吸波机理和吸波性能的电磁参数。     

含色散左手材料非对称5层平板波导的模式特性

系统研究了含色散左手材料作为芯层的非对称5层平板波导TE波的传输特性,重点讨论了芯层色散、芯层厚度和覆盖层折射率对波导的影响,并与无色散5层平板波导做了比较。研究表明,导波和表面波都可以在这种波导中传播;TE0模只有表面波,TEm（m〉1）模只有导波,TE1模既有导波又有表面波;TEm（m≥1）各模均存在双模现象。     

用FDTD法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响

左手材料的研究是近年来的科研热点．电磁波在左手材料中的传播特性成为研究的主要方向之一．给出了柱坐标系下冷等离子体模型左手材料改进后的时域有限（FDTD）差分格式．利用得到的FDTD差分格式数值计算了不同厚度、不同折射率冷等离子体模型左手材料分别部分填充同轴线后TE模的归一化截止波数,并与正常材料部分填充进行比较．结果显示：左手材料部分填充同轴线后,其TE模截止波数随填充厚度和折射率绝对值的增大而增大,与正常材料填充的结果正好相反．展示了左手材料具有奇异的电磁特性。为左手材料的研究提供数据基础．     

单负材料平面微腔结构的共振模研究

利用传输矩阵法研究了由单负材料构成的平面微腔结构的共振模特性。研究表明,腔模频率主要由腔中介质的物质参数和结构参数来决定。单负材料层的厚度影响共振模的线宽,随厚度增加而谱线变窄。单负材料损耗的存在,影响共振模的透射率,使腔内局域电场减小。选择合适的单负材料层厚度,可使腔中局域电场达到最大。还研究了斜入射时腔模的偏振特性,在一定条件下可实现TM腔模的全向透射,用以设计全向滤波器。     

单轴各向异性左手材料的电磁特性

左手材料是近几年兴起的一种新型材料.以Maxwell方程为基础,通过理论计算,对光轴与界面成一定角度的单轴各向异性左手材料的一些电磁特性进行了研究.推导了这种材料中E偏振波和H偏振波的色散方程.对电磁波从各向同性右手材料入射到单轴各向异性左手材料时的折射和全反射现象进行了分析,得到了发生负折射和反常全反射的条件.推导了这种材料层的消逝波的反射系数和透射系数,发现当满足特定条件时,随着材料层厚度的增加,消逝波的透射率被指数倍放大.最后对这种材料层的偏振分束特性进行了研究,得到了实现偏振分束的条件.     

薄膜厚度宽带监控中评价函数的修正

在镀膜过程中，采用宽光谱实时监控薄膜厚度的方法，评价函数的准确计算关系到薄膜厚度的最终监控结果．而薄膜材料的吸收会引起评价函数的失真．本文采用软件的方法，在镀下一层之前，对其评价函数中的理论透射比作以修正，消除已镀层吸收对其的影响，由此逐层进行直至结束．实验结果表明，薄膜厚度监控误差可以这到10^-3以下，效果良好，完全可以满足实际需要。     

单轴各向异性左手平板波导的导模特性研究

为了研究单轴各向异性左手材料波导的传输性能,对单轴各向异性左手平板波导的导模特性进行了研究.推导了该波导的导模特征方程.对导模的快慢波特性进行了研究,发现单轴各向异性左手平板波导的非表面波模与各向同性左或右手材料平板波导的不同,它既可以成为快波模,也可以成为慢波模;非表面波偶模存在一个截止频率;表面波模都是慢波模.对表面波模特征方程有或无解的情况进行了研究.详细讨论了该波导的电磁参量与表面波模特征方程解的关系,发现有些情况下,对于同一频率,表面波可以存在两种模式.证明了波导的导模之间具有正交关系.     

非共面薄膜-基底结构多层封装及延展性分析

为减小柔性电子中非共面薄膜 基底结构因封装而导致的延展性下降,提出一种多层封装结构形式,并对其延展性进行了研究. 通过对薄膜上下表面附近采用不同力学特性的聚二甲基硅氧烷(PDMS),形成层状封装结构. 在将薄膜及其上下封装层简化为复合梁的拉 弯组合变形问题的基础上,采用有限元法计算了上下封装层的厚度、弹性模量等相关参数对结构整体延展性的影响.计算结果表明：上封装层弹性模量减小、厚度增加有利于改善延展性;下封装层的弹性模量适度高于基本封装材料且厚度合适的情况下可较大幅度提高结构延展性,而若弹性模量过高或厚度过大则可导致延展性的大幅下降.该多层封装结构设计和分析结果对于优化柔性电子器件结构具有参考和指导意义.     

Sound absorption coefficient optimization of gradient sintered metal fiber felts

An optimization method for sound absorption of gradient (multi-layered) sintered metal fiber felts is presented. The theoretical model based on dynamic flow resistivity is selected to calculate the sound absorption coefficient of the sintered metal fiber felts since it only requires three key morphological parameters: fiber diameter, porosity and layer thickness. The model predictions agree well with experimental measurements. Objective functions and constraint conditions are then set up to optimize separately the distribution of porosity, fiber diameter, and simultaneous porosity and fiber diameter in the metal fiber. The optimization problem for either a sole frequency or a pre-specified frequency range is solved using a genetic algorithm method. Acoustic performance comparison between optimized and non-optimized metal fibers is presented to confirm the effectiveness of the optimization method. Gradient sintered metal fiber felts hold great potential for noise control applications particularly when stringent restriction is placed on the total volume and/or weight of sound absorbing material allowed to use.     

MEMS表面加工中材料层厚度电学测试结构

微机电系统（MEMS）表面加工工艺中的材料层厚度是决定MEMS器件性能的重要参数之一,如多晶硅结构层厚度和牺牲层厚度,直接决定了MEMS器件的机构性能和结构的纵向移动范围,因此对材料层厚度进行测试和工艺控制监视是极具意义的.当前的材料层厚度测试大多采用光机械的方法,因其测试方法复杂、设备昂贵、测试时间长且很难集成到一个工艺控制监视（PCM）系统中,提出一种新颖的材料层厚度电学测试结构,该测试结构具有结构简单、测量方便并且便于MEMS测试系统集成的特点.通过软件对测试结构和测试模型进行闭环验证,结果表明,模拟值与理论值有较好的一致性.