基于超材料的正多边形电磁波聚焦器设计

该文基于变换光学方法,导出了正多边形电磁聚焦器的介电常数和磁导率的分布,并用有限元分析软件COMSOL进行了证实。分别仿真了TE波和线源激励下正三边形、正四边形、正五边形和正六边形电磁聚焦器附近的电场分布和能量密度分布,并讨论了正多边形电磁聚焦器聚焦区域面积大小和电磁参数偏离理论值对其聚焦特性的影响,结果表明：聚焦区域越小,电磁聚焦越强;当超材料的电磁特性偏离理论值时,电磁聚焦特性发生变化。     

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.     

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。     

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器,该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性,实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法,研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性,分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO₃)耦合结构的热学性能。结果表明,设计的超材料吸收器,可在3～15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8～14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2～1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时,探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比,温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应,适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。     

一种新的超材料放大装置简化参数设计方法

超材料放大装置能够将物体任意放大,其在小目标识别和检测中有广泛的潜在应用。为了促进该装置的实际应用,基于变换光学原理提出了一种新的简化材料参数设计方法。该方法通过选择适当的变换方程,使得材料参数的径向和角向分量为常数而仅轴向分量随半径变化,同时还能确保装置的外边界与自由空间阻抗完全匹配。全波仿真结果验证了该方法的有效性和放大装置的良好性能。此外,分析了材料损耗和参数抖动对装置性能的影响,扩展了变换光学理论的应用,为超材料器件的参数简化提供了一种新的、可行的解决方案。     

超宽带高吸收超材料太阳能吸收器设计

基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性,设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成,组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性,结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%,吸收带宽为3700 nm,可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性,以60°广角斜入射时,平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明,该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振,以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。     

太赫兹超材料分束器设计及其特性分析

提出一种超材料太赫兹分束器,其单元结构由顶层金属条带、中间介质层和底层金属板组成。利用4个旋转步进为45°的单元周期排列构成了4×4的相位梯度超表面。当太赫兹波垂直入射到阵列表面时,电磁波被反射成四束能量相等但传播方向不同的波,且不同频点的反射角不同。该分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹隐身和太赫兹成像等方面。     

基于Ⅱ型超晶格的红外探测器

高速非致冷红外探测器是许多军事应用和工业应用所非常需要的,这些应用包括目标探测系统、近炸引信、激光雷达、无损测试与检测技术、化学质量监视、流程控制、遥感以及自由空间通信等。市场上出售的非致冷红外成像敏感器一般都采用铁电探测器或微测辐射热计探测器,这些探测器的缺点是速度比较慢。     

大功率微波下超材料的设计和应用

为使超材料结构在大功率微波下更稳定地工作,本文介绍的超材料结构由双层打孔金属板构成,不同于常见的由介质基板构成的超材料结构.通过采用散射参数反演方法计算发现,超材料结构具有零折射率系数的特性,并对电场场强分布产生一定的影响.为了解该超材料对天线性能的影响,在实验过程中,采用松下2M244-M1型磁控管作为微波源来产生大功率微波,测试结果显示,半功率宽度由28°减小为15°,增益提高了1.7 dB.     

基于超材料的太赫兹超窄带吸收器设计及特性分析

提出了一种基于金属环结构的太赫兹超窄带吸收器,其结构单元为典型的金属-介质-金属结构,顶层金属图案由封闭金属环和四开口金属环组成,底层为连续金属板。对该吸收器的窄带吸收原理和吸收峰频率处吸收器结构的表面电流分布进行了研究。结果表明:该吸收器在1.7682THz处存在狭窄的吸收峰,吸收率为99.8%,相对于该谐振频率的半高全宽为0.51%,而且对x和y极化入射波具有极化不敏感。该吸收器具有结构简单、易于加工的优点,在生物传感、窄带热辐射和光电探测等领域有着重要的潜在应用价值。     

基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

采用基于高阻硅的曲折线型（meander-line）介质超材料,设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片,可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示,通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸,可以调节微结构的双折射特性,进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位,使之振幅相近（约0.55）,相位相差90。实验上,通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品,并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好,实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片,对应的归一化椭圆率高达0.99,证实了该设计的有效性。此外,还通过改变微结构的几何参数,进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片,证明了该微结构的可调谐特性。     

基于 VO2的温控可调谐极化无关超材料吸波体设计

基于二氧化钒（VO2）薄膜的绝缘-金属相变特性,提出了一种温控可调谐的极化无关超材料吸波体,研究了单环、双环和三环结构超材料吸波体对电磁波的吸收特性和温控可调谐特性。当电磁波垂直入射时,单环、双环和三环结构超材料吸波体在 2~20 GHz 范围内分别出现了 1 个、2 个和 3 个吸收峰,随着结构单元环数增加,吸收峰逐步增加;由于超材料吸波体是二维全向对称的,故其吸收特性是电磁波极化无关的;当温度从 40 ℃ 至 80 ℃变化时, 吸收特性发生明显的变化,实现了极化无关超材料吸波体的可调谐效果。     

Radar absorbers based on metamaterials

Application of metamaterials for creation of new types of radar absorbers (RAs) is investigated. Typical frequency dependences of the permittivity and permeability of composites fabricated from various inclusions employed in designing RAs are considered. It is shown that the structures of RAs can contain metamaterials with both positive and negative values of the real parts of permittivity and permeability. An RA having a low reflection coefficient over a wide range of the incidence angles of an electromagnetic wave for both wave polarizations is developed. It is based on a metamaterial with negative values of the permittivity and permeability.     

Electrodynamic models of thin-layer metamaterials and devices based on such metamaterials

Results of studies in the theory and applications of thin-layer metamaterials are presented. The studies involve modeling and realization of superresolution devices. It is found that rigorous electrodynamic models that are not based on homogenization of composites should be preferred in modeling devices with metamaterials. Differences between a real composite and a hypothetic homogeneous metasubstance are revealed. The conclusion that loss in a metamaterial can be compensated with the help of active insertions is drawn. The directions of further research are indicated.     

基于电磁超材料无线电能传输系统设计与优化

针对MCR-WPT系统传输效率受线圈位置以及线圈之间传输介质影响的问题,该文利用理论推导的方法,得出传输介质与传输效率的关系,并在MCR-WPT系统中引入新型具有磁负特性的电磁超材料,改变了系统传输介质特性.并设计一种新型磁聚焦器,利用有限元仿真验证了磁聚焦器对电磁波有较好的聚集作用.结合理论推导与仿真分析,结果表明添...     

便携式蓝牙搜寻器设计

随着人民生活水平日益提高和科学技术的不断发展,人们的随身物品也随之多了起来。然而大多数人都会有花时间找钥匙、钱包等物品的经历,所以该文设计一种能够快速寻找随身物品的电路。该设计以蓝牙控制模块为核心,蓝牙控制模块通电后能与手机蓝牙匹配连接,再通过手机的蓝牙智控软件发送提示指令来使该设计中的提示电路触发,从而能够实现在一定范围内帮助人们找到挂有该电路的随身物品。经过对实物的多次试验,发现该搜寻器反应迅速、性能稳定,完全满足人们的功能需求,而且该搜寻器具有体积小巧、适用性广、成本低和功耗低等特点。     

基于STM32的分拣装置设计

本文给出了一种基于STM32的分拣装置设计,阐述了此系统的软硬件设计及其应用.此设计一方面实现了对特定属性的产品的选择功能,驱动电机将其分拣出来,并且可利用红外通信对电机进行无线控制,显示装置则可更直观地掌握分拣情况;另一方面,此设计具有分拣精准,操作方便等优点.使复杂的分拣工作更趋高效、简便地得以展开,分担了人工挑选的工作量,节约了人力成本.     

基于IGBT的直流充电机装置设计

基于目前电动汽车大功率充电装置的需求,提出了一种基于IGBT器件的直流充电机充电装置设计方案,并完成系统的软硬件设计。该系统的硬件部分架构设计主要是主回路部分以及控制系统部分,软件部分采用C语言进行编程,能够完成对其输出电压电流等信号的检测。实际应用表明,该系统达到了设计要求。     

基于FPGA的胃起搏装置设计

本文主要介绍一种基于FPGA的胃起搏装置设计,该设计集"检测-刺激-反馈"于一体。胃运动状态可以随着外界的刺激变化而变化类似于谐振,因此采用胃起搏装置可以有效的改善胃动力异常的现象。本设计通对胃电信号和胃阻抗信号的检测和分析,产生相应的刺激信号来引导胃的运动,使它趋于正常状态,并且对刺激效果进行时时反馈,调节刺激参数,从而实现智能化跟踪治疗。     

基于近零指数超材料的频分复用信息传输

面向高速传输信息的需求,基于近零指数超材料概念提出了一种全新的频分复用实现架构. 所采用的近零指数超材料由一块近零介电常数背景和任意排列的光学掺杂异质体构成. 解析理论表明,光学掺杂异质体可以灵活调控近零指数超材料整体的等效磁导率以及传输响应,所以在其周围环绕金属屏蔽环并加载开关,即可实现对多频带传输幅度的独立调制. 数值仿真和理论计算结果表明,当加入N个光学掺杂异质体,即可形成N路信息传输通道,有效提升信道容量. 基于近零指数超材料的频分复用实现架构具有部署灵活、易于调节等优势,且近零介电常数响应可以在微波、太赫兹乃至光学波段被实现或模拟,因而所提出信息传输架构可以在广阔的频段具有良好的应用前景.