任意形状隐身斗篷和电磁旋转器的研究

以无限长超材料任意形状壳为理论模型,研究超材料这种新型人工复合材料。在变换光学中,空间变换可以被认为是材料的变形,变换空间的介电常数和磁导率张量是材料的变形场得到的。通过数值求解拉普拉斯方程,根据光学变换理论,可以获得超材料的材料参数。利用全波仿真的方法仿真二维任意形状的隐身衣,电磁旋转器和集中器。当斗篷的介电常数和磁导率满足理论值时,隐身衣和电磁旋转器表现出完美的隐身和电磁旋转等特性。     

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...     

基于T型石墨烯超材料可调电磁诱导透明效应

基于石墨烯电导率的可调性,设计了T型石墨烯纳米超材料结构,实现对电磁诱导透明(EIT)效应的动态调谐。研究发现,当2个石墨烯条互相靠近时,由于二者间存在较强耦合,发生相消干涉,因此出现透明窗口。同时讨论了石墨烯条长度、缝宽、入射偏振角等几何参数对EIT效应的影响。研究结果表明,耦合强度随着缝宽的增加而减弱;随着入射偏振角的增加也呈现减弱趋势;随着石墨烯条长度的增加,透明窗口发生红移现象,且第一个下降峰强度明显增加。此外,当费米能级由0.3 eV增加到0.9 eV时,共振频率由24 THz蓝移至35 THz,且强度增强,证实了改变石墨烯的费米能级,能够调节透明窗口的位置。并且透明窗口附近有明显的群速度延迟(0.05 ps左右),即可以实现对光速的减慢。     

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.     

光控电磁超材料研究进展

电磁超材料是由亚波长尺寸单元周期或非周期排列组成的人工结构,能对电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本物理特征进行调控,突破了传统材料的限制,可实现很多自然界不存在的有趣物理现象及应用。过去二十余年,超材料因其强大的电磁调控能力一直是物理领域的研究热点。但无源超材料在电磁波调控中存在局限性,如工作频率固定、实现功能单一等...     

低谐振频率电磁超材料单元设计与仿真

针对目前人工电磁超材料的谐振频率(吉赫兹(GHz)或太赫兹(THz))较大的问题,该文提出了一种新型尺寸较大的双面螺旋结构单元模型。通过HFSS仿真软件,建立了电磁超材料单元模型,分析了结构单元的S参数。采用Smith提取算法,得出了等效介电常数和等效磁导率的数学表达式。仿真结果表明,在2.0～2.1 MHz时,等效介电常数恒正,等效磁导率实部达到负极值,而等效磁导率的虚部也达到了最大值,即该频段为材料板的谐振频段,呈磁单负材料属性。     

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。     

基于石墨烯超材料的可调谐电磁诱导透明

提出了一种基于石墨烯超材料的可调谐电磁诱导 透明(EIT)结构,该结构是由长条-半圆环形状的石墨烯层和 介质基底组成。通过频域有限差分法研究了该结构的特性,研究结果表明,由于石墨烯条和 石墨烯半圆环之间发生相互 作用,产生较弱的杂化,从而可以观察到EIT透明窗口。更重要的是,通过控制门电压,改 变石墨烯的费米能级,可以 在较宽的频率范围内实现透明窗口的动态调谐。通过调节石墨烯的费米能级,在透射峰附近 群延迟接近0.4ps。同时还研 究了石墨烯条和半圆环间的距离、圆环的半径、方位角等几何参数对EIT效应的影响,这些 因素的改变对EIT 效应产生 了不同的影响。本文设计的超材料结构可应用于调制器和慢光器件等,对光开关、光存储等 新型器件的设计有重要的指导意义。     

电磁屏蔽材料

随着电磁环境的日益恶化，电磁屏蔽材料作为一种重要的电磁防护型功能材料，在当今的社会生活和国防建设中正发挥着越来越重要的作用，且日益引起研究者们的高度重视。虽然有关屏蔽技术的资料和书籍很多，但是真正涉及屏蔽材料的并不多，且较为零碎和分散。本栏目的目的就是试图帮助初涉该领域和非本专业的技术人员能够花费最少的精力，获得有关屏蔽材料的基本知识。 从本期开始，编辑部将陆续对屏蔽材料的基本原理、物理机制、分类方法、研究热点和最新发展趋势等内容进行介绍，希望对相关的技术人员有所裨益。同时，为了使这个栏目办得更好，欢迎大家多提宝贵意见。     

基于正折射率材料参数的旋转放大光学变换器件

基于光学变换理论,提出了一种新型的具有旋转和放大功能的光学变换器件,该器件可由具有正折射率参数的超常媒质实现。推导了所提出的器件材料的本构参数张量的通解表达式,并采用全波电磁仿真软件进行了仿真验证。仿真结果证实了所导出的本构参数张量的正确性,即该器件可以起到使置于内部的物体旋转和放大的效果。因此,所提出的器件将在电磁场工程等领域有潜在的应用。     

基于直接线性变换法的视频图像解析

视频解析模拟人眼成像原理,利用安装在不同位置的2台摄像机拍摄的同一时刻同一场景的2幅视频图像,解析出三维坐标,以便计算机能够像人类一样理解现实世界。目前视频解析主要面临2个问题:设定标定物及解析算法和设置同步视频帧。由此出发,在对标定误差详细分析的基础上设计了新的标定物,根据标定物提出了一种垂直双平面解析算法,解决了标定物即解析算法问题;通过读取系统时间,把系统时间设定为帧的文件名解决了帧同步问题。实验对比证明了算法和技术的有效性。     

Systematic Generation of Current-Mode Linear Transformation Filters Based on Multiple Output CCIIs

A transformation called current-mode linear transformation (CMLT) and its filter applications using multiple output second-generation current conveyors (MOCCIIs) are presented. The systematic method is developed to realize CMLT MOCCII-based filters efficiently. Based on the proposed design tables, we can synthesize high-order current-mode all-pole and elliptic filters with MOCCIIs, grounded resistors and capacitors. Moreover, the high-frequency elliptic filter can also be efficiently realized by adding capacitors to the relative all-pole filter, although floating capacitors are needed. Third-order Chebychev and elliptic lowpass filters are described in this paper. Experimental results that confirm the theoretical analysis are obtained. Furthermore, the proposed circuits can be extended to higher-order filters.     

基于光学保角变换的电磁器件设计

保角变换是基于解析函数的一种非常重要的解析方法,利用保角变换可以将虚拟空间中复杂的边界曲线转化为物理空间中简单的边界曲线,从而求解二维平面场问题。文章主要综述并介绍保角变换在几何光学中的应用,通过控制光线传播来设计完美隐身衣、中继透镜、波导弯角和透镜天线等新型电磁器件。最后利用射线追踪仿真和全波仿真对设计加以证明。     

基于线性变换的板材成形回弹工艺优化研究

提出了基于线性变换的板材冲压工艺优化回弹控制,通过正交试验分析建立了回弹进行策略优化模型.采用改进的基于线性变换适应度函数的进化策略算法为优化器,以板料冲压成形后回弹量最小为目标,完成了对多曲率件冲压成形工艺参数的优化设计,得到了最佳的工艺参数,在最佳的工艺参数条件下进行了冲压成形回弹试验,结果表明基于进化策略的工艺优化回弹控制方法可以寻找出最佳的工艺方案,有效地控制减小回弹.     

Tunable Metasurfaces Based on Active Materials

Metasurfaces, planer artificial materials composed of subwavelength unit cells, have shown superior abilities to manipulate the wavefronts of electromagnetic waves. In the last few years, metasurfaces have been a burgeoning field of research, with a large variety of functional devices, including planar lenses, beam deflectors, polarization converters, and metaholograms, being demonstrated. Up to date, the majority of metasurfaces cannot be tuned postfabrication. Yet, the dynamic control of optical properties of metasurfaces is highly desirable for a plethora of applications including free space optical communications, holographic displays, and depth sensing. Recently, much effort has been made to exploit active materials, whose optical properties can be controlled under external stimuli, for the dynamic control of metasurfaces. The tunability enabled by active materials can be attributed to various mechanisms, including but not limited to thermo‐optic effects, free‐carrier effects, and phase transitions. This short review summarizes the recent progress on tunable metasurfaces based on various approaches and analyzes their respective advantages and challenges to be confronted with. A number of potential future directions are also discussed at the end.     

基于线性预测分析和差分变换的语音信号压缩感知

在压缩感知研究中,信号在不同变换下的稀疏域好坏是影响信号重构性能的重要因素。该文基于语音信号的线性预测分析(LPC),提出一种结合了LPC分析和差分变换的语音稀疏化联合变换方法,通过正交匹配追踪算法(OMP)优化算法重构语音信号,与FFT和LPC两种稀疏化方法进行了对比分析。实验表明,在压缩比大于0.4时,联合变换法重构的语音信号性能明显优于另外两种方法。也即在相同重构性能并兼顾语音质量的情况下,联合变换法具有较小的压缩比,因而具有较好的压缩性能。采用PESQ语音质量评测方法对3种稀疏化算法重构的语音进行平均意见值(MOS)对比,联合变换法也具有较好的性能。     

光学共形映照

本文分析了经典光学图形变换的局限性,提出了用衍射光学元件的组合可实现类似数学理论中的任意图形间的共形映照变换这类平行处理的图形变换,在光学信息处理与光计算技术中有应用潜力.     

基于改进Hough变换和透视变换的透视图像矫正

由于成像系统和目标的距离和方位的原因,会导致形成的图像发生透视而不再是正视图,这对于图像的特征提取、识别等后续处理非常不利。对于发生了透视畸变的图像,透视变换解决了一般仿射变换不能改变图像内部点相对位置的缺陷。文章根据透视变换的原理提出了基于改进的霍夫变换和透视变换的透视图像矫正技术,该算法根据摄像机的成像机理进行透视图像矫正,Matlab仿真实验结果表明,该算法可行性高,简单易行,稳定性好,可广泛推广至目标识别等领域。     

Design of Arbitrarily Controlled Multi-Beam Antennas via Optical Transformation

The design of arbitrarily controlled multi-beam antennas is investigated by using the technique of optical transformation. Based on the optical transformation, cylindrical waves emitted from a line source can be converted to plane waves through a metamaterial layer which has a circular shape in the inner outline and a polygon shape in the outer outline. Hence the line source together with the metamaterial layer constructs a high-performance multi-beam antenna. The number of sidelines and the shape of polygon are used to control the number and directions of beams. Analytical formulas of the permittivity and permeability tensors are presented for the metamaterial layer in the antenna. The designed multi-beam antennas are validated by full-wave simulations using the finite-element method. The proposed multi-beam antennas will be very useful in the intelligent traffic system.      

基于区域分割的分段线性变换

本文提出了一种基于区域分割的分段线性变换方法,结合灰度直方图提供的有关灰度分布的统计信息和图像提供的空间位置信息,利用各灰度区间把图像分割成不同的区域,检验要增强的目标是否落在莱灰度区间对应的图像区域内,从而加快了调整灰度区间的过程,提高了算法的执行效率。