金属-电介质-金属波导耦合开口环形腔的高灵敏度传感特性研究

基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构,提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔,可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型,激发出更多的谐振模式。采用有限元法计算出了含金属挡板MDM波导结构耦合有效半径为185 nm的倾斜半环腔结构的透射谱线,三个具有非对称Fano线型的共振透射峰分别出现在594,868及1734 nm的波长位置。透射峰值对应的模场分布揭示了三个透射峰分别对应于半环腔中的三阶、二阶和一阶谐振模式,记为FR3,FR2及FR1。基于半环谐振腔内的1~3阶窄带谐振模与波导内金属挡板产生的宽带反射模之间的耦合干涉效应解释了透射谱线中的非对称Fano透射峰的形成机理。同时基于半环腔中的类FP谐振条件推出了折射率传感灵敏度的近似解析计算公式,揭示了折射率传感灵敏度近似与腔长L呈正比关系,与谐振阶次m成反比关系的规律。通过改变介质层中的折射率参数,得到了透射峰FR3,FR2及FR1的折射率传感响应灵敏度分别为550,840及1724 nm·RIU^(-1)。最后在保持曲率半径不变的前提下,延伸半环腔的弧长构建了开口角为π/2的开口环形腔结构,实现了腔长L的1.5倍增长。数值计算表明开口环形腔耦合MDM波导结构中的三重透射峰折射率传感灵敏度进一步提升到821,1250及2517 nm·RIU^(-1),相对半环腔结构均近似实现了1.5倍的提升。数值结果进一步验证了近似解析公式的有效性。研究结果为实现结构紧凑的高灵敏度折射率传感器设计提供了理论基础。

基于SRR结构的陷波超宽带天线设计

针对超宽带系统易受窄带信号干扰的问题，设计了一种新颖的基于金属开口谐振环（SRR）结构的平面超宽带陷波天线。在天线的辐射贴片上加载U形缝隙，实现了其陷波特性。利用仿真软件研究了U形缝隙的物理尺寸对其陷波特性的影响，并对所设计的超宽带天线进行了制作和测量。结果表明，所制天线在超宽带系统3．1～10．6GHz工作频段的电压驻波比（VSWR）小于2，在WLAN频段具有良好的陷波特性，有效地抑制了超宽带通信系统与窄带通信系统之间潜在的干扰。

开口圆环单元带通频率选择表面的仿真与测试

通过对常规圆环孔单元加载金属贴片得到改进的开口圆环单元。分析结果表明:TE模入射时,与封闭圆环频率选择表面(FSS)相比,圆环开口对传输特性几乎没有影响,谐振频率稳定在12 GHz,–3 d B带宽为8 GHz;然而TM模入射时,单开口圆环FSS结构使谐振频率降低到5.5 GHz,并在16.6 GHz出现二次谐振,而双开口圆环FSS结构使谐振移向更高的频率21.5 GHz。

表面等离激元研究新进展

随着理论研究的深入和现代微加工技术的进步,对支持表面等离激元的金属微纳结构体系的研究已形成了一门新兴学科方向,即表面等离激元光子学。由于表面等离激元具有独特的光学特性,在数据存储、超分辨成像、光准直、太阳能电池、生物传感器以及负折射材料等方面有着重要的应用前景,成为当前广受国内外学者重视的热点研究领域之一。本文对表面等离激元的特点、基本现象,以及其带来的新颖效应及其应用研究前景的最新发展进行了介绍。

同步器齿环模锻金属流动规律分析及工艺改进

分析了同步器齿环模锻成形过程的金属流动特点,针对同步器齿环模锻成形后花键附件齿顶存在裂口的问题,为改善金属的充模流动状态,提出将齿形的充填由金属的径向流动为主变为轴向镦挤流动为主的模式。应用刚塑性有限元理论及数值软件,对同步环的模锻过程进行了模拟,得出齿顶裂口的原因是齿顶金属充不满所致。通过加大环坯的内、外直径,改变了环坯在模具型腔中的定位,工艺改进有效的改善了齿形形成过程中金属的径、轴向流动状况。模拟结果显示,工艺改进后,花键上方齿顶成形饱满。批量生产后的产品检测未发现齿顶有裂口。

二氧化钒对异向介质太赫兹调制特性的研究

异向介质是由在介质衬底表面上周期分布的金属开口环组成,它的特性很大程度上取决于开口环的结构特性。金属开口环的谐振特性和组成材料的介电常数有很大的关系,可以通过改变电容或电感来达到调制的效果。研究中在开口缝隙处插入可以发生绝缘-金属相变的二氧化钒(VO2)薄膜,用CST软件进行仿真,可以看到有明显的调制现象。另外,通过仿真还表明VO2薄膜厚度在0.1μm以上能达到更好的调制效果。

陶瓷基负磁导率材料的制备和性能

设计并制备了由开口谐振环(split ring resonators)周期性排列而成的陶瓷基负磁导率材料,采用微波波导法研究了陶瓷基板对负磁导率材料电磁谐振行为的影响。实验结果表明:负磁导率材料的谐振频率可由陶瓷基板介电常数调节,并且随陶瓷基板介电常数的增加而减小。当陶瓷基板的微波损耗增大时,其谐振效应减弱,并且可能伴随负磁导率的消失。陶瓷基板介电常数的增加导致开口谐振环单元的等效电容增加,从而引起谐振频率的减小。

基于一维金属开口谐振环的可调带通滤波器

利用等效LC谐振电路,分析了开口环的谐振频率与等效电路电参数之间的关系.区别于传统微带传输线及附属开口环结构,本文设计了两种以开口环作为传输媒介的结构.对两种结构仿真和实验测试,实现了带宽分别为300MHz和200MHz的带通滤波器的设计,并在开口谐振环外环一侧加载变容二极管及偏置电路实现通带频率的连续可调.从表面电流密度分别分析了两种结构的传输特性,在通带内,方环的传输系数比圆环高3dB,其中结构之间的等效间距是影响传输效率的一个重要因素.

基于液态金属的柔性频率可重构CPW天线设计

针对固态金属天线在受力弯曲后易产生裂纹导致功能失效的问题,本文提出一种频率可重构的柔性液态金属共面波导馈电天线.该天线由四个不同半径的开口谐振环(Split-Ring Resonators,SRR)构成,利用紫外光刻技术(ultraviolet lithography)制备天线的SU-8负模结构,其次浇注聚二甲基硅氧烷进行倒模并键合,最后将液态金属合金注入至微流沟道,完成天线的制作.通过机械施压方式改变不同谐振环间的通断状态,可在1GHz～6GHz范围内实现频率可重构,满足WLAN、WiMAX和部分C波段的通信要求.弹性体和液态金属的特性使天线具有更好的灵活性和耐久度,可应用于集成电子设备的弯曲表面.

一种小型抗金属UHF标签天线的研究与设计

为了满足实际的应用需求设计了一款小型化FR4板材的UHF频段RFID标签天线。天线的构形采用了加载变形的开口谐振环(SRR)的T形匹配结构,实现标签天线的小型化,并且根据实际要求将尺寸控制为48 mm×18 mm。利用HFSS天线仿真软件对所设计的天线进行仿真分析,结果表明该标签天线的回波损耗值及方向性均良好,说明其与特定的标签芯片之间有良好的阻抗匹配特性并且具有良好的辐射特性。天线的结构以及厚度还有其良好的工作特性说明其可以很好地满足抗金属场景的实际生产和应用的具体要求。