基于神经网络的超材料窗片反向设计研究

与固态器件相比,真空电子器件在高频段可以提供更大的功率、更宽的带宽。输能窗作为其中的重要部件,用以隔绝真空电子器件内外环境,保持管内的高真空度,传输高能电磁波。目前,传统输能窗的性能已经制约宽带高频真空器件性能。基于此,本文提出了一种利用神经网络算法设计超材料窗片的方案,实现了低反射和驻波比的宽带输能窗。本文利用神经网络的非线性拟合效应对窗片结构与其频谱之间建立映射关系,从而避免了求解麦克斯韦方程组的繁复过程,提高了频谱性能仿真的速度,简化了设计过程。通过设计双向神经网络并进行训练,实现反向设计窗片的目标,输入目标频谱特性参数即可生成满足指标要求的结构参数。

基于耦合边界的紧凑型光子晶体定向耦合器的优化设计

本文采用平面波展开法分析了双线型缺陷并列平行光子晶体波导的带隙结构、缺陷模式及耦合长度,提出了一种具有耦合边界的光子晶体定向耦合器,并探讨了光波在其中的传输性能.同时基于平面波展开法及时域有限差分法,深入分析和讨论了光波在光子晶体并列波导、光子晶体直角转弯模块中的工作模式和传输特性.利用该光子晶体定向耦合器结合光子晶体转角器件可以将两根平行标准单模光纤传输模式组合成交叉态、直通态和功分态等状态.仿真结果表明在交叉态和直通态时,使用该光子晶体定向耦合器的传输峰值可以在较大频率带宽内达到90%以上.

场与路理论在信息电子课程中的教学实践

"信息电子技术中的场与波"课程涉及微波技术、光波技术学等部分,是电子类本科生电磁场系列课程的基础。基于基尔霍夫路理论(路理论)与基于麦克斯韦方程组的电磁场理论(场理论)作为微波与光波的共同基础,首次在本课程中进行了系统学习与对比。我们结合计算机辅助教学,让学生加深了对电磁场的理解,从整体上理解微波、光波的相关电磁场知识。

金属电磁带隙波导特性分析

利用有限差分(FDTD)法分析了两维金属电磁带隙(EBG)波导带隙、耦合频率和模场分布,确定了EBG结构参数和对应的频率范围;利用HFSS建立了金属电磁带隙结构分析模型,设计了带有矩形波导转换的EBG波导.基于HFSS分析该波导,得到了这两种结构的传输谱线,对比说明矩形波导接口适用于窄带应用,而圆形波导接口适用于宽带应用.实验测试结果与数值分析符合较好.

基于周期金属柱的Ka波段曲折线平面行波管

提出了一种Ka波段的周期金属圆柱结构微带曲折线行波管,在原有微带曲折线结构的基础上,将周期金属圆柱结构加载在微带线的平行线中间,可以有效地增加金属面积,降低电荷积累效应,提升曲折线行波管的输出功率及增益平坦度.对该结构进行了冷特性仿真及波注互作用仿真,仿真结果表明,使用MML-PMR结构可以减少42. 65%的介质表面.基于该结构设计了工作在Ka波段的行波管.使用MML-PMR结构改善了介质电荷积累现象,电荷积累导致的升压降低为原有结构的12. 5%.该结构在30 GHz能够实现最大66. 2 W的输出功率,最大增益为26. 74 dB,在22～42 GHz的工作频率范围内该结构的增益范围为24. 83～26. 74 d B,增益波动低于2 dB,较为平坦.射频效率可以提升到12. 79%.

基于EBG结构的高阻抗反射背板研究

提出一种带缺陷结构的圆形贴片六角晶格EBG结构,构建宽带高阻抗反射背板。通过数值仿真软件CST,对正方晶格方型贴片、六角晶格圆形贴片以及带缺陷结构的高阻抗反射背板的带隙特性进行对比。实验制作了基于陶瓷基板的三种EBG结构高阻抗反射背板,实测得到正方形晶格贴片、六角晶格圆形贴片和缺陷型圆形贴片背板结构的带宽分别为1.68GHz、1.98GHz和2.24GHz。实验结果与仿真结果相吻合,表明带缺陷六角晶格圆形贴片EBG高阻抗表面相比于原有结构,在带隙特性方面具有更好的优势。

金属电磁带隙波导色散特性分析

建立了紧凑格式二维时域有限差分法（CFDTD）模型，利用二维网格划分计算三维传播问题，简化了计算量．提出了一种纵向均匀的中心缺陷型六角晶格金属电磁带隙波导结构．利用CFDTD仿真该金属电磁带隙波导，获得该结构的基模场分布及频率．改变纵向传播常数，得到对应的基模频率以及色散特性，计算结果表明色散特性满足电磁带隙的缩放特性．测量该波导在11～15GHz以内的传输率，12GHz附近的波导波长和色散曲线，仿真结果与测量值误差在5％以内．

超材料吸波结构及其在真空电子器件中的应用

电真空器件面临着小型化、集成化的发展趋势。积极探索新型材料在电真空器件中的应用,实现小型化、集成化的电真空器件具有重要意义。超材料吸波结构具有小体积,易于加工等优点,将超材料吸波结构应用在电真空器件中,具有十分重要的应用前景。本文介绍了近几年超材料吸波结构的发展概况,并具体介绍了超材料吸波结构在行波管中的相应研究。

“信息电子技术中的场与波”教学改革探讨

本文讨论将微波技术与光导波技术组织在一门课程"信息电子技术中的场与波"中进行教学改革问题。根据课程特点,对教学方法和教学手段进行了改革。教学实践表明,通过课程教学方法和教学手段的改革,使学生的学习积极性得到很大提高,培养了学生分析问题和解决问题的能力。

“信息电子技术中场与波”实验教学改革

本文对"信息电子技术中的场与波"实验教学改革进行了探讨。笔者分析了现阶段实验教学的困难并提出了解决此类困难的一些可行方法。根据该课程主要包括微波和光导波两部分的特点,在充分利用现有资源的基础上,课程组设计了微波系统与光波系统两个实验。实践表明:通过实验教学的改革与实践,激发了学生的学习兴趣,从而提高了教学质量。

全带隙六边形晶格二维光子晶体结构研究

提出了一种具有全带隙的光子晶体结构。基于GaAs材料的六角晶格结构,将各格点之间用特定宽度的介质波导相连,可构成具有全带隙的光子晶体结构。在此基础上,引入空心格点,将有效增大全带隙宽度。使用平面波展开法对该结构进行了理论分析。仿真结构表明,最大绝对禁带宽度Δω为0.061 9ωe(a是晶格常数,c是光速,ωe=2πc/a),禁带中心频率ωmid为0.663ωe,相对禁带宽度为Δω/ωmid=9.3%。采用该结构,可以有效构造出全带隙,避免了光子晶体结构偏振选择特性。

慢波结构色散测量中的探针引入误差分析

提出了一种微波器件色散测量中探针引入误差分析方法。该方法将探针对器件微扰的各种参数分离,便于对复杂结构进行分析,可以直接带入相关参数计算。提出分解微扰引入的误差省略其中的极小值,简化了计算。在此基础上,分析了不同探针对电磁带隙波导色散测量的误差,给出了探针器件位于不同位置以及不同探针半径所引入的误差相对值。计算结果表明,探针半径变化对测量误差的影响远大于探针位置变化对测量误差的影响。

基于金属多环的多频段超材料吸波器

设计了一种微波频段多频段超材料吸收器,该吸波器可工作在电磁波平行入射状态,可用于传输电路电磁波的吸收。利用CST软件仿真,模拟了图形层结构单元包含不同数目金属环时该超材料的吸收谱。结果表明,图形层的金属环数目越多,吸收谱上吸收峰数目越多。进一步研究表明每层金属环的引入,都会增加电感和电容,进而增加谐振频率,使谐振峰增加。以上结果表明,该吸波器结构在频谱分析和多谱成像等领域表现出较大潜能。

基于连通矩形谐振环结构的双波段左手材料吸波器

提出了一种工作于电磁波平行入射情况下的双波段连通矩形谐振环结构单元左手材料吸波器,充分利用电磁超材料的强谐振损耗性质,通过合理设计左手材料的电磁参数,并利用CST对其进行结构进行仿真优化,设计出具有较佳吸波效果的吸波器,使其中两个吸收峰位于以5.41 GHz、7.11 GHz频段,且吸收率高于同频段的传统碳膜材料吸波器。制备了双波段连通矩形谐振环结构单元左手材料吸波器,并测量其传输特性。实验结果表明,实验与仿真结果一致。该吸波器可作为微波电路的衰减器,取代传统吸波器结构。

光子晶体平面波导与脊波导高效耦合技术的研究

利用一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界,可以实现光波从脊波导到光子晶体平面波导(PCW)的高效耦合.基于平面波展开法(PWE)和时域有限差分法(FDTD),深入分析和讨论了普通脊波导、2D-PCW结构和本征模以及工作模式、缓变边界形状等对耦合效率的影响,从而得出光波从脊波导到2D-PCW、再返回脊波导的统一图景.指出考虑模式转换和采用缓变边界条件可以极大提高PCW与脊波导间的耦合效率.对PC-PW边界采用线性和非线性缓变结构进行了仿真,讨论了边界缓变程度对耦合效率的影响.结果表明,采用模式耦合和PC-PW余弦缓变边界时的耦合效率在较宽的带宽内超过了95%.

复合缺陷型电磁帯隙谐振腔

提出了一种复合缺陷型电磁带隙(EBG)谐振腔,通过对该EBG结构的带隙分析,指出该谐振腔可在大尺寸下实现单模工作,提供更大的容差空间,且具有高Q值.数值模拟结果表明,基于复合缺陷EBG结构构成的谐振腔,单模工作条件可以放宽到外圈金属柱直径与周期之比为0.6,内圈金属柱直径与周期比为0.9;而传统中心缺陷型EBG结构的小于0.3.

电子信息类创新人才培养探索与实践

为适应电子信息产业高速发展对创新型人才的需求,东南大学电子科学与技术专业通过优化人才培养方案、整合课程体系;发挥学科优势,开展教学改革;强化校企合作,构建多层次实践平台;以学科竞赛为抓手,培养创新素质与创新能力等多种途径开展了创新人才培养的探索与实践。