提高植入式电子设备无线充电效率的技术研究

为解决植入式电子医疗器械在无线能量传输(Wireless Power Transmission, WPT)时效率较低的问题,根据Pancharatnam-Barry理论设计了一种可穿戴超表面结构,利用梯度相位设计调整电磁波入射角度,使波矢量方向尽可能垂直于皮肤,从而提高体内受电单元的能量接收功率。这种超表面单元具有良好的极化转换效率,透射幅度达到0.8以上。为验证其合理性,搭建人体局部等效模型进行系统仿真,结果表明加入超表面后系统的传输系数提高了5 dB,并且人体内的电场强度分布也明显改善,植入天线工作区域的场强显著提高,所设计结构有效改善了植入系统的能量传输效率(Power Transfer Efficiency, PTE)。实验结果进一步验证了该设计的有效性,所提出的超表面结构具有柔性、高效和易集成等优点,为提高植入系统无线PTE提供了一种有效的解决方案。

铝、镁和镍掺杂二硫化锡光学特性的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了铝、镁、镍掺杂二硫化锡的能带结构和光学特性。对能带结构的分析可以发现掺杂二硫化锡的带隙值均降低,其中主族元素铝和镁对价带产生影响,而过渡元素镍对导带产生明显影响。对光学特性的研究可以观察到掺杂原子的引入导致二硫化锡的复介电常数和复折射率显著降低,吸收系数和反射系数的峰值呈现红移现象,且铝掺杂二硫化锡和镁掺杂二硫化锡的吸收系数降低,而镍掺杂二硫化锡的吸收系数有所增强。本文的研究结果为通过掺杂方法来优化二硫化锡的光学特性提供了理论指导。

基于二硫化锡/还原氧化石墨烯的超材料吸波体

结合二硫化锡/还原氧化石墨烯复合材料和金属背板,设计了一款超材料吸波体,利用CST电磁仿真软件对超材料吸波体进行了仿真。研究发现,该吸波结构不仅具有宽频带特性,而且具有较高的吸收率。在电磁波垂直入射条件下,吸波结构在10.7 GHz至17.1 GHz频段的吸收率均达到了90%以上,结构总体厚度只有0.33λ0(λ0为最低截止频率对应的波长)。为了验证本设计的可行性,加工制作了吸波结构样品并对其进行测试,测试结果与仿真结果展现了较好的一致性。电磁场分布和能量损耗的仿真结果表明,该结构通过同心圆环和边角散射效应以及单元间耦合效应来实现对电磁波的能量损耗。表明本研究制备的超材料吸波体解决了传统超材料结构吸收带宽窄和热稳定差的问题,其在卫星广播、卫星通信和5G通信的电磁辐射抑制方面具有应用潜力。

用FDTD方法计算二维各向异性涂层目标的RCS

给出了计算二维情况各向异性介质物体散射的时域有限差分 (finitedifferencetimedomain ,FDTD)方法公式 ,讨论了编程时应注意的问题。用FDTD方法计算了各向异性有耗介质涂层目标的雷达散射截面 (radarcossse tion ,RCS) ,说明这种介质涂层能够缩减金属目标的RCS。

弹性波时域仿真的两个问题

为了解决医学超声探测的动态计算机仿真问题,将计算电磁学的时域有限差分(FDTD)方法应用于弹性机械波的模拟.建立了模拟弹性波时的有限差分模型,给出了弹性媒质运动学方程的FDTD离散形式,提出了复杂媒质边界的处理方法,用完全匹配层吸收边界截断计算区域.数值实验验证了上述模型和计算方法的有效性.

各向异性分层介质的电磁波传播特性

为了分析电磁波在分层各向异性介质中的传播特性 ,从无源区域的Maxwell旋度方程出发研究了非均匀各向异性介质中的特征波 .导出了一般各向异性介质中电场和磁场横向分量的耦合矩阵 ,由此得到了传播矩阵 ,进而给出了计算分层各向异性材料的反射系数和透射系数的解析表达式 .

应用改进的ADI-FDTD方法对微带结构进行数值仿真

为了改进微波电路设计的数值仿真方法,在各向异性媒质条件下,将交替方向隐式算法用于时域有限差分方法,直接求解时域麦克斯韦方程,把二阶色散Lorentz媒质吸收边界条件推广到单轴各向异性情形.验证了色散媒质吸收边界的吸收效果比Mur和完全匹配层吸收边界更有效.通过对低通滤波器、贴片天线、线谐振器和螺旋电感等典型微带结构的数值仿真,验证了新提出方法的有效性.

金属表面各向异性涂层的反射系数

在各向异性分层介质条件下 ,得到了横向场传播的本征波解 .给出了计算各向异性介质界面的反射和透射系数的解析表达式 ,最后对金属表面单轴各向异性涂层的反射特性进行了分析 .

光子带隙结构时域仿真

为了研究光子晶体的能带,利用时域有限差分方法对矩形几何结构的光子晶体进行数值仿真.通过分析光子晶体中电磁场的空间分布和随时间的变化,得到了本征模空间分布与光子能带分布之间的规律.然后通过比较不同波矢和不同能带本征模的空间分布,准确地确定了光子晶体的能带.仿真结果有效地验证了本征模理论,为光子晶体新结构设计提供了重要依据.

变系数偏微分方程的区间样条小波配点法

研究了三次样条插值的小波插值函数 ,给出了插值函数的误差估计式 ,提出了用两个一阶导算了矩阵替换二阶导算子的替代算法 .对 Burgers方程进行了验算 .

用时域有限差分法分析涂敷目标的电磁散射特性

为了有效分析涂敷目标的宽带电磁散射特性,采用计算电磁学的时域有限差分方法,分别对涂敷各向同性和单轴各向异性吸波材料的目标进行了计算.研究了涂敷材料厚度、阻抗匹配等因素对目标雷达散射截面的影响.结果表明,当涂敷材料的电磁参数满足匹配条件时,对电磁波的吸收性能最好,从而可以有效地缩减目标的雷达散射截面.

智能化仪表实现微小量检测的两个软件措施

提出了多点平均和展宽频带的算法。利用计算机的数据存储器作为数字式多点平均器的存储器 ,用于检测完全被噪声遮蔽的信号。当模拟 -数字转换 (ADC)器件采样频率一定时 ,采用展宽频带的方法可以实现对高频和很低频率信号的实时处理 ,从而提高了仪表的精度 。

用修正的ADI-FDTD方法研究介质谐振器天线

为了有效地计算矩形介质谐振器的主模,对变换方向隐式(ADI)时域有限差分(FDTD)算法的迭代系数进行修正,即添加各向异性参数修正相速度误差,从而减少数值色散,提高计算精度。给出了改进后的三维ADI—FDTD计算公式,并对算法的稳定性、色散关系以及各向异性参数的选取进行了研究,数值结果证明了所给方法的有效性。文中还用这种方法计算了位于电磁带隙结构上的矩形介质谐振器天线的方向图。

用非正交FDTD方法研究光子带隙结构

为了有效地计算非矩形光子晶体带隙结构,将非正交坐标系用于时域有限差分(FDTD)方法中,在非正交坐标系下离散麦克斯韦方程组,重新推导了FDTD递推公式。将本征色散变量表达方法应用到非正交坐标系,提高了计算的准确性。用这种非正交的FDTD方法研究了非矩形光子晶体横磁场模的带隙结构。数值模拟结果验证了上述计算方法的有效性。

一种估计相关信号波达方向的改进算法

为了研究智能天线系统中发射信号的到达定位问题,给出了一种基于空间平滑技术的算法,对总体最小二乘法——旋转不变技术的信号参数估计算法进行了改进。仿真结果表明,改进算法不仅适用于独立信号源,而且适用于相关信号源,具有计算量小、分辨率高、对信噪比要求低等特点。

矢量三角形基函数矩量法分析双馈天线

为了分析多馈源天线,采用矢量三角形基函数的矩量法求解天线积分方程。介绍了分析线天线所采用的基以及求解过程,对一种带状偶极子天线模型进行数值计算。研究了共模和差模两种馈电模式下,天线的电流分布以及频率特性。计算结果表明,双馈偶极子具有较小的回波损耗、宽频带以及双频工作等优点。

系统矩阵表示的电磁场时域计算方法

为了进一步提高电磁场数值计算效率,把数字信号处理技术和计算电磁学的时域有限差分方法相结合,按照信号与系统理论的概念把求解区域看作一个线性系统,从有源区域的麦克斯韦方程组对称形式出发,推导了离散的时域差分方程组,给出了电磁场求解区域的系统矩阵表达形式.分析了求解差分方程组迭代过程的系统框图,以满足数字信号处理的形式要求.对空域上的微分算子进行矩阵分解,把无条件稳定的电磁场时域离散方程组,通过时间交错迭代格式来处理,给出无条件稳定的方程组的系统矩阵形式,实现电磁波传播过程的模拟.最后,通过一维高斯脉冲的传播、低通滤波器以及紧凑型带阻滤波器的仿真,验证了这种系统矩阵方法的有效性.

广义Davey-Stewartson系统中驻波的稳定性

对非线性Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程中驻波的稳定性进行了研究，讨论了在广义Ｄａｖｅｙ－Ｓｔｅｗａｒｔｓｏｎ系统中稳定驻波的存在条件．

偏微分方程的样条小波及替代算法

研究了三次样条插值的小波插值函数 ,证明了在给定的插值节点上的小波插值函数是三次样条函数空间中的最佳逼近函数 .给出插值函数的误差估计式 ,提出了用两个一阶导算子矩阵替换二阶导算子矩阵的替代算法 ,并对Burgers方程进行了验算 .

一种双模圆极化贴片天线设计

为满足卫星导航系统的要求,采用单点馈电叠层贴片技术,设计了一种双频圆极化宽波束天线;采用隐式的时域有限差分方法,对天线进行全波仿真,分析了影响匹配性能的结构参数,并通过在贴片的一组对边上开矩形缝隙,微调天线谐振频率,同时实现了阻抗带宽和轴比带宽相吻合;总结出改善天线双频匹配特性的方法,解决了双频段同时达到最佳匹配的问题。