亚波长金属槽阵列表面电磁场增强

针对表面增强拉曼散射的应用,采用严格耦合波分析方法研究了亚波长金属槽阵列的表面电磁场增强效应。模拟阵列周期和槽深对阵列槽口处电磁场增强的影响,明确了结构内部共振效应对电磁场增强的贡献,分析了亚波长金属槽阵列拉曼散射的平均增强效果及阵列外空间中电磁场增强的有效作用范围。研究表明,在槽内共振效应的影响下,亚波长金属槽阵列在一个周期内的拉曼散射增强因子可达106数量级,并在垂直距离阵列表面1/5波长的范围内可得到明显的电磁场增强,超出该范围增强因子将迅速衰减到1的数量级。数值结果表明阵列表面电磁场增强几乎不受贵金属类型的影响。     

不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应防护方法

针对武器装备机箱内部电磁辐射防护的技术需要,从不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应形成机理出发,对孔缝耦合及贯通导体耦合导致的屏蔽腔体内部局部电场增强效应防护方法进行了研究.仿真计算了屏蔽腔体内部加载吸波材料、腔体分区隔断以及贯通导体安装金属导管等防护方法对不完全屏蔽腔体电磁耦合的影响,研究结果表明:在屏蔽腔体内部加载吸波材料能够有效降低由于腔体谐振产生的电场增强效应,相同的吸波材料放置在强场位置防护效率会更高;采用分区隔断的屏蔽腔体能够提高腔体的谐振频率,大幅降低腔体内大部分位置的电磁耦合能力;贯通导体通过金属导管进入屏蔽腔体能够有效降低贯通导体的电磁耦合能力,削弱屏蔽腔体内部的电场增强效应,屏蔽腔体内部及外部的金属导管长度越长,其防护效果越明显.     

异向介质体内太赫兹波增强效应及谐振特性研究

基于开口谐振环(SRR)的电磁响应特性以及严格电磁场理论,研究了由开口谐振环结构构成的异向介质体内的太赫兹波增强效应及谐振行为。仿真模拟了谐振环结构体内电场、电场能量密度和能流量的空间分布,讨论了电场能量密度随入射太赫兹波频率的变化规律。此外,还分析了谐振环结构参数对异向介质的谐振特性及其太赫兹波增强效应的影响。研究结果表明,在开口谐振环结构的开口缝隙处存在显著的太赫兹波增强效应,不仅电场显著增强,而且还会出现电场能量密度极值,并且,谐振时的电场增强效应比非谐振时明显增大。此外,谐振频率和电场能量密度均会随着谐振环结构参数的变化而呈现明显变化。     

表面增强荧光效应研究进展

在外光场激励下,金属纳米结构衬底表面所形成的集体电子振荡模式可有效调制其局域电磁场分布,对居于衬底附近的荧光分子的荧光辐射产生调控。其影响因素主要取决于衬底金属表面所形成的电磁振荡模式和电磁场分布性质。归纳了光谱学中表面增强荧光效应研究的关键问题,指出了周期性有序衬底金属增强荧光及其金属纳米颗粒增强荧光研究的主要研究进展。基于局域电磁场增强机理模型,讨论了不同形貌衬底金属对荧光分子的荧光调控机理和影响因素。对表面增强荧光效应的研究前景进行了展望。     

同步全变分与限制对比度均衡的彩色图像去噪增强方法

为了更好地实现彩色图像去噪与反差增强的处理,提出一种同步全变分与限制对比度均衡的彩色图像去噪增强方法。首先分析了彩色全变分（CTV）模型存在的问题,并针对这一问题,提出通过引入彩色空间下矢量扩散控制改进该模型,消除阶梯效应。其次,为了避免由于灰度转化带来的信息缺损,给出一种RGB空间下的梯度矢量计算方法。最后构造了限制对比度直方图均衡（CLAHE）的微分模型,将其与改进后的CTV模型融合实现了彩色图像的同步去噪与增强处理。实验结果表明:由于本文方法直接在彩色空间下进行计算,因此可以减少由色彩空间转化带来的信息损失,能够在提高图像的对比度的同时去除噪声,更好地完成彩色图像的去噪与反差增强处理。      

运动舰船切割地磁场在海水中产生的电场计算

根据经典的Sommerfeld赫兹矢量分别推导出了空气和海水中水平直流电流元的电磁场表达式.在此基础上,根据瞬态连续性原理,推导出了运动舰船切割地磁场磁力线而产生的感应电场.以日本宙斯盾导弹驱逐舰"金刚"号为例,计算了它的感应电场大小及空间分布情况.结果表明,航速20kn时在离船壁5m左右能产生几个毫伏/米的感应电场,在目前的检测技术下该电场是完全可测的,并且该电场在空间分布有明显的特征.     

人工电磁材料的多尺度分析

研究人工电磁材料多尺度均匀化的问题。在现有的人工材料均匀化理论中,通常不考虑矢量场的所有特性。鉴于周期结构的微尺度特性和矢量电磁场的散度与旋度性质,提出了一种新的矢量修正项描述微尺度结构的电磁特性,该修正项同时考虑了有旋场和有散场。对此修正项给出了一组新的微尺度方程组,利用该多尺度方程,采用基于棱边矢量基函数的有限元技术计算了复合材料的有效电磁参数和电场分布。与普通有限元方法相比,该方法可以有效地计算复合材料的有效电磁参数和电场分布。     

表面波放电狭缝天线辐射电磁场的三维数值分析

针对平板型表面波放电等离子体源,建立了表面波放电狭缝天线辐射电磁波模型,对狭缝天线辐射电磁场分布进行了三维数值计算,并与表面波电磁场进行对比分析,讨论了平板型表面波放电机理。结果表明:整个狭缝天线阵激发的电磁场是每个狭缝天线激发电磁场的线性叠加;狭缝天线阵直接激发的电磁场强度在临近波导壁面处很大,并且随着空间距离的增大迅速衰减;狭缝天线阵直接激发和表面波的电场均远大于各自的磁场,分析电、磁场对带电粒子的力作用时可以忽略磁场力的作用;表面波电磁场远大于狭缝天线阵直接辐射的电磁场,强电磁场范围也远大于狭缝天线阵直接激发的强电磁场范围,等离子体有增强电磁场强度、扩大强电磁场范围的作用。     

亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子体影响

从理论上详细研究了一维亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子的影响。分别对一维标准亚波长金属光栅和缺陷亚波长金属光栅进行了研究。电场分布情况采用了COMSOL软件进行模拟。得到的结论是:对于一维标准亚波长金属光栅,沿金属光栅传播的表面等离子体取决于槽深度,较深的槽具有更强的束缚能力;对于具有缺陷的光栅结构,电场强度的分布特点取决于缺陷槽的深度,这归功于缺陷槽对光的反射和散射。基于这一理论研究,这两种不同的亚波长金属光栅结构能为太赫兹器件如波导、衰减器及滤波器发展提供新的途征。     

具有分形结构Ag纳米衬底的荧光增强效应

利用电化学沉积方法,制备出具有分形结构的Ag纳米荧光增强衬底。实验中,采用532nm连续光激发居于Ag纳米结构衬底表面附近的罗丹明6G(Rh6G)荧光分子,结果表明,具有分形结构的Ag纳米金属衬底对沉积在其表面的Rh6G分子表现出明显的荧光增强效应。根据局域场增强理论对所得实验结果进行分析,经过电化学方法制备出的分形Ag纳米结构,在外电磁场激发下能够形成较强的局域电磁场分布,从而有效地激发Rh6G荧光分子,增强其荧光辐射强度。     

屏蔽门金属弹簧片的屏蔽效能分析

采用时域有限差分法(FDTD)对屏蔽门上的金属弹簧片进行建模分析，研究了其屏蔽效能特性。由于弹簧片上的缝隙是造成电磁泄漏的主要通道，因此首先对弹簧片的近似结构——薄金属板上的缝隙在不同形状下的屏蔽特性进行了研究，其次对弹簧片、安装槽和刀口组成的屏蔽组件进行了整体建模和仿真，得出弹簧片的屏蔽效能与缝隙长度、宽度、深度以及安装槽结构问的关系。结果表明该弹簧片结构无论对电场还是磁场都有非常高的屏蔽效能，这也为屏蔽门的优化设计提供了理论参考。     

Dielectric image line groove antennas for millimeter waves, Part I: Theoretical background

Dielectric image line groove antennas are very useful for the application in the millimeter-wave region. In this first part of a two-part paper, three different types of groove discontinuities under a dielectric image line for application in millimeterwave antennas are investigated: the equivalent circuits of 1) a slot discontinuity in a metallic ground plane and 2) a slot discontinuity in the metallization of a substrate material under a dielectric image line are derived theoretically using an approximation for the electromagnetic fields of the slots. 3)The equivalent circuit of cylindrical holes in a metallic ground plane under a dielectric image line is derived from measurements. The results are used to synthesize millimeterwave dielectric image line antenna arrays as described in part II of the paper.     

Field Patterns in Asymmetrical Double Groove Guide by Finite Element Method

The electromagnetic power coupling in asymmetrical double-groove guide is analyzed by finite element method (FEM) in this paper. The electrical field patterns of the dominant mode and the first higher-order TE mode have been presented. The electromagnetic field of the dominant mode is distributed with a concentration of energy in the wide groove region, while the electromagnetic field of the first higher-order TE mode is distributed with a concentration of energy in the narrow groove region. The results in this paper have important values in design of groove guide power coupler for millimeter wave applications.     

Finite Element Analysis of Field Pattern in Multiple Groove Guide

Rectangular groove guide with multiple grooves has been analyzed by finite element method (FEM) in this paper. The electrical field patterns of the dominant mode and the first higher-order TE mode have been presented for groove guide with single-, double-, triple-, and quadruple-rectangular grooves. The electromagnetic field of the dominant mode is distributed with a concentration in the groove regions, while the electromagnetic field of the first higher-order TE mode is mainly distributed in regions between grooves. The low loss characteristic has been found not only in single-groove guide, but also in multiple groove guide.     

铁磁性基体与金属线阵列复合体系的双负材料特性

基于铁磁性基体与金属线阵列复合结构等效电磁参数的长波近似模型,设计了一种应用铁磁性基体的二维双负材料。根据带有介质包裹层的金属线的散射特性,采取多重散射方法计算了铁磁性基体与金属线阵列复合结构的传输谱;还通过全波仿真提取了单元结构的等效电磁参数。这些数值结果与长波近似模型的理论结果取得了很好的一致,确认了该模型的正确性。通过仿真周期复合体系中的电磁场分布,在所设计的双负频带内观察到了反向波现象,进一步验证了所设计的复合体系的双负特性。     

On wire-grid representation of solid metallic surfaces

This work deals with the wire-grid representation of metallic surfaces in numerical electromagnetic modeling. We discuss in particular the adequacy of the well known and widely used equal area rule (EAR) to calculate the radii of wire-grid models. We show that the EAR is accurate as long as the wire grid consists of a simple rectangular mesh. For more complex body-fitted meshes, using other polygons such as triangles, the EAR appears to be less accurate in reproducing the electromagnetic field scattered by metallic bodies. The conclusions of the paper are supported by numerical simulations performed using a parallel version of the numerical electromagnetics code and experimental data obtained on a vehicle illuminated by an electromagnetic pulse simulator.     

应用等效规则优化法设计光通信光栅

基于光栅电磁场理论,应用光栅等效规则计算光栅槽形初始值、结合衍射效率等高线法优化设计光栅槽形,给出了具有几何对称中心的任意槽形光栅.以全息工艺上易于制作的正弦、矩形和两种梯形典型槽形光栅为例进行优化设计,结果表明,正弦槽形光栅C波段TM波衍射效率理论峰值为95%,测量值为92%.较互易定理优化方法,等效规则优化法拓宽了光通信光栅的制作方法、降低了制作难度,为全息方法制作光通信光栅提供了理论依据.     

降低感性网栅膜表面电阻的方法

在线宽、周期不变(相同透光率)的前提下,增加网栅厚度才能降低网栅的表面电阻,从而进一步提高球面网栅的电磁屏蔽性能。首先推导了网栅厚度、表面电阻和电磁屏蔽效能之间的数学关系,接着开展了膜层增厚的化学镀镍工艺实验。实验结果表明:球面铜网栅上可以得到厚度均匀、结合力牢固的镍磷合金镀层,面电阻由50Ω降至15Ω。经天线法测试,在200 MHz～18 GHz波段,镀镍球面金属网栅膜屏蔽效能平均达到46 dB,比未镀镍前平均提高了8 dB,而球面网栅试件镀镍前后,在400～900 nm波段透过率均为88%。镀镍前后透过率基本相同时,镀后表面电阻迅速降低,电磁屏蔽效能得到了显著提高。     

带孔缝矩形金属腔体屏蔽效能研究

针对带孔缝矩形金属腔体在电磁辐射下的屏蔽效能问题,利用基于时域有限积分法的电磁仿真软件CST,建立了平面波辐照条件下含孔缝金属腔体的耦合模型,重点研究了电场极化方向,腔体材料,矩形孔缝的长度、宽度和深度,孔缝填充介质介电常数及其厚度等参数对屏蔽效能的影响规律.研究结果表明:典型金属材料对屏蔽效能的影响差别不大,垂直于电场极化方向的孔缝边长更能影响腔体的屏蔽效能,孔缝尺寸会影响矩形金属腔体的谐振点,孔缝深度能够通过衰减入射波在一定程度上影响屏蔽效能,孔缝填充介质会降低屏蔽效能,介质厚度及其介电常数会影响屏蔽效能峰值点.研究结果对金属腔体的电磁兼容设计有一定的指导意义.     

金属衬底多层各向异性介质电波反射特性研究

通过分析和计算多层各向异性介质的电磁波传输矩阵,导出了金属衬底上多层各向异性介质的电磁波反射系数计算方法,举例验证了该计算方法的正确性.作为一个应用例子,初步分析了金属衬底上各向异性材料的极化转换特性,为复杂电磁材料的电磁散射近似计算提供了理论基础.