连续分布电荷体系电荷元的自能问题

连续分布电荷体系可分割为无穷多个电荷元,系统研究了电荷元的自能问题.利用均匀带电球体和均匀带电圆面的自能公式和夹逼定理,分两步严格证明了连续分布电荷体系电荷元的自能之和为零.第一步,证明自由电荷体系电荷元的自能之和为零;第二步,证明一般电荷体系电荷元的自能之和为零.因此,连续分布电荷体系的电场能就等于电荷元之间的相互作用能.

基于石墨烯的多功能超表面设计

为实现机载天线罩吸波/透射波/反射波功能一体化,设计了一种基于石墨烯和光电二极管(PIN)的宽带吸波/反射波/透射波多功能超表面。当PIN正向导通时,超表面对入射电磁波的透过率接近于0,反射率可以通过改变石墨烯的费米能级进行调节;当石墨烯的费米能级为0.3 eV时,超表面在1.55~5.51 GHz范围内的吸收率超过了90%;当石墨烯能级为0 eV时,超表面在1.55~5.51 GHz范围内的反射系数高达45%。当PIN反向截止时,超表面在4.76 GHz处出现了一个透射峰,石墨烯费米能级为0.3 eV和0 eV时的透射系数分别为61%和71%。设计的超表面具有结构简单、宽带吸波/反射波/透射波多功能等优点,在通信和雷达等领域具有广泛的应用前景。

可见光波段超材料左手行为及左手异质结构捕获彩虹效应

基于自下而上的电化学沉积法,利用改进的工艺在一片ITO导电玻璃基底上制备双层银树枝多带光学左手材料,并测试其透射和平板聚焦行为。实验结果表明,样品在可见光波段出现3个透射通带,并且当入射光的波长为透射峰值波长时,在距离样品后表面半波长附近出现平板聚焦效应,充分证实了样品在可见光波段的左手行为。将两个相同的左手材料样品以一定的间距组合成一个左手异质结构,当一束复色光沿左手异质结构的中心线入射时,在左手异质结构中出现一条非常明亮的、由紫到红的彩色光带,表明不同波长的光在不同的位置停留下来,从而实现了光谱的空间分离,即捕获彩虹效应。

致密ZnO薄膜的电化学制备及光学性能研究

采用电化学沉积法在ITO导电玻璃上沉积1层致密的ZnO薄膜。用扫描电镜(SEM)对在不同电解液浓度、电压和时间下制备的ZnO薄膜的表面形貌作了表征,并观测了ZnO薄膜的厚度,结果表明当电解液的质量分数为1.2%,电压为1.0V,时间为60s时,制备的ZnO薄膜致密且厚度仅为120nm,利用分光光度计测得ZnO薄膜在可见光波段的透射率高于50%,为ZnO薄膜在多层光学超材料中的应用奠定了基础。

左手材料设计与制备的研究进展

左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ同时为负值的超材料,具有许多非常奇异的电磁学性质。阐述了左手材料的基本概念和性质,介绍了能够同时实现负介电常数和负磁导率的Ω形、S形和树枝等单一结构,综述了利用机械加工法和化学制备法制备的高频段负磁导率材料,以及基于耦合作用的电磁波垂直入射条件下左手材料的设计与制备方法,阐述了超材料负磁导率或左手行为的验证方法,最后展望了左手材料的应用前景。

非线性拟合在物理实验设计和数据处理中的应用

以偏向角法测量三棱镜的折射率为例,展示了基于最小二乘原理的非线性拟合在物理实验设计和数据处理中的应用,非线性拟合能够简化实验设计和数据处理。

无限大非接地导体平板的静电感应

利用静电场边值问题的唯一性定理,严格分析无限大非接地导体平板的静电感应问题,利用COMSOL多物理场仿真软件对理论计算结果进行验证.

波导法测量材料的电容率和磁导率

通过求解电磁场的边值问题,推导出矩形波导管中,介质板的反射系数r和透射系数t,同时还推导出由介质板的r和t确定材料的ε和μ的公式.与传统的“自由空间法”相比,“波导法”测量材料的ε和μ具有实验操作简便、所需样品面积小、测量误差小等优势.

基于石墨烯光电特性的超宽带可调超材料吸波体设计

利用石墨烯的电导率可调特性设计了一种超宽带可调超材料吸波体.模拟计算了不同石墨烯费米能级时吸波体的吸收率,结果表明,当石墨烯费米能级为0.7 eV时,吸波体在1.74 GHz^10.44 GHz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当改变外加电压使石墨烯的费米能级从0.7 eV逐渐减少到0 eV时,吸波体在1.74 GHz^10.44 GHz的吸收率逐渐下降,其调制深度可达53.8%,实现了吸收率可调的功能;通过对表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;模拟分析了石墨烯费米能级为0.7 eV时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.

电控可调谐双波段超材料吸波体分析

为实现超材料吸波体吸收频率的智能调控,采用理论分析与模拟仿真相结合的方法,首先设计了一种双波段超材料吸波体,然后在双波段超材料吸波体中加入电流变液,通过改变电流变液外加电场的强度实现了双波段超材料吸波体吸收频率的智能调控。结果表明:双波段超材料吸波体在7.403GHz和17.511GHz处出现了两个吸收峰,吸收率分别为99.8%和70%;随着电流变液外加电场强度的增加,吸波体的吸收频率逐渐往低频发生移动,吸收频率调节率高达55%,由此提出了一种智能调控的双波段超材料吸波体。

超表面研究进展

超表面是一种基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁/光学波束调控的新结构,其新颖的机制和灵活的结构设计展现出广阔的应用前景。本文阐明了超表面调控波束的物理机理,叙述超表面的发展历程,即从实现超表面到提高有效分量和动态可调超表面的研究过程,总结了超表面透镜、超表面偏振器、表面等离子体激元调控等功能器件,并对超表面有待解决的问题以及今后的发展趋势进行了探讨。

基于超材料的宽带吸波/透波一体罩设计

基于频率选择表面设计了一种具有透波功能的宽带超材料吸波体,首先模拟计算了吸波体的吸收率和透过率,结果表明,吸波体在4.572GHz^11.583GHz和14.604GHz^17.017GHz之间的吸收率达到了85%,在13.046GHz处的透过率达到了70%,同时具有宽带吸波和透波的功能;通过对其表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收和透波的机理.其次,模拟分析了入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性和透波特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性和透波特性具有极化不敏感的特点,但是其对入射角度比较敏感.最后,模拟分析了其结构尺寸参数以及集总元件电参数对其吸收特性和透波特性的影响.

具有低频传感和高频宽带吸收功能的超材料吸波体设计

基于钛酸锶和电阻膜设计了一种多层结构的具有低频传感和高频宽带吸波功能的超材料吸波体.超材料吸波体在低频1.09 GHz处产生了一个可用于传感测量的吸收峰;在高频9.2~10.9 GHz之间产生了一个宽带吸收峰,带宽达1.7 GHz.通过对超材料吸波体吸收频率处的表面电流分布进行监控,阐述了低频和高频处的吸波机理.仿真计算结果证实,吸波体在低频和高频处的吸波特性是极化无关的,但是对入射角度是敏感的.超材料吸波体具有结构简单、功能多等优点,在传感测量、探测和电磁隐身等领域具有潜在的应用价值.

基于VO_2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。

加载二氧化钒的太赫兹宽带可调超材料吸波体设计

为了实现太赫兹波调制器件对太赫兹波的快速响应,设计一种基于二氧化钒(VO 2)电阻膜的太赫兹波段宽带可调谐超材料吸波体,研究不同温度时吸波体的吸收率,并通过监控表面电流分布,分析吸波体宽带吸收以及可调吸收的机理。结果表明:吸波体在温度为35℃时表现出宽带吸收特性,吸收率大于90%的频段频率为6.508~9.685 THz,带宽为3.177 THz,通过改变温度可以实现吸波体吸收率的调控;该吸波体对电磁波的吸收具有极化不敏感和宽角度吸收的特点。

基于电流变液的宽带可调超材料吸波体设计

为将超材料吸波体更好地应用于生产生活中,文中设计了一种基于电流变液的宽带可调超材料吸波体。通过在超材料吸波体中加载电阻器和介电常数电可调的电流变液实现宽带吸收和吸收频带可调。仿真结果表明,吸波体在8.296~15.128 GHz之间的吸收率超过了80%,在11.5~15 GHz之间的吸收率超过了90%,实现了电磁波的宽带吸收。随着电流变液外加电场强度的增加,其吸收频带逐渐往低频发生移动,实现了吸收频带的调控。此外,仿真证实,由于吸波体结构单元具有旋转对称性,其吸收特性具有极化无关性。

基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz^8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz^8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.

基于石墨烯的低频段多功能的超材料吸波体设计

基于石墨烯的光电特性设计了一种光学透明、柔性和宽带可调的低频段超材料吸波体,同时采用商业电磁仿真软件CST Microwave studio对不同石墨烯费米能级下吸波体的吸收特性进行了计算.结果表明:当石墨烯费米能级为0eV时,吸波体在600 MHz~1 GHz的范围内其吸收率超过了90%;改变电压可以改变石墨烯的费米能级,从而可以调节其吸收率.此外,通过仿真证实,吸波体具有极化不敏感和宽入射角度的吸收特性,同时,其也具有吸收率高、柔性、可见光透明和宽带可调等优点,因此其在低频段电磁隐身、探测和传感等领域具有潜在的应用价值.

一种工作在P波段的谐振波吸波/反射可控超薄表面

基于PIN管和钛酸锶设计了一种工作在P波段的谐振波吸波/反射可控超薄表面。研究结果表明,温度为300 K,当PIN管正向导通时,吸波/反射可控超薄表面对1.063 GHz谐振波的吸收率超过90%;当PIN管反向截止时,吸波/反射可控超薄表面对1.063 GHz谐振波的反射率超过90%。并且,吸波/反射频率可通过温度进行调节。通过监控表面线电流分布,探讨了吸波/反射可控超薄表面的吸波和反射机理,并通过仿真计算证明了其吸波和反射特性与极化、入射角度及结构单元的尺寸有关。