一种高效的计算Mie级数的新方法

介绍了一种在高频情况下高效计算Mie级数的新方法,利用这种方法,通过一系列变换将传统的Mie级数变换成一个新的留数序列并给出一个全新的推导过程。推导结论表明,这种方法同传统的Mie级数以及Sommerfeld-Waston变换的解相比物理概念更加清晰,同传统Mie级数解相比极大地减少计算所需的求和项的数目。仿真结果证实这种方法得到的结果同传统方法的结果一致吻合。

基于Kinect骨骼信息的手势识别

为了提高手势识别的精度和鲁棒性,设计了一套基于Kinect获取的骨骼信息的手势识别算法。该算法首先检测手势的起始点与结束点,然后在截取的图像中提取手势特征,最后用距离加权动态时间规整算法计算测试样本与模板的相似度,得出手势识别结果。通过对常用鼠标手势进行测试表明:本方法可以取得较高识别率,而且不受光照条件影响。

二维光子晶体的负折射现象

研究了由多层周期圆柱阵构成的二维光子晶体对电磁波的散射,并通过算例从数值上证实了负折射现象的存在。采用的是有效而精确的T-矩阵方法。首先利用单个圆柱的T-矩阵和体现层阵列周期性的栅和得到每一层周期阵的空间谐波散射与透射矩阵,再将每一层的散射与透射矩阵级联起来而得到多层周期圆柱阵的广义散射与透射矩阵。给出了具体的算例,画出了该光子晶体上部空间和下部空间的场的幅值分布,还给出了晶体内部和外部坡印亭矢量的分布图。这些图清楚地显示了负折射现象的存在。

一种矩量法前处理的快速算法

提出了一种计算三角形面元公共边信息的快速算法,用于矩量法求解面积分方程的前处理。该算法利用图论中邻接矩阵和关联矩阵概念,使计算公共边信息的计算复杂度降为O(N)。数值模拟验证了分析的正确性,该算法尤其适用于矩量法分析大型电磁问题的前处理过程。

矩量法解体积分方程前处理的快速算法

针对矩量法求解电磁场体积分方程过程中需要四面体单元间的公共面和边界面信息,即解体积分方程前处理步骤,利用图论的概念,提出了一种O(N)的快速算法。数值计算显示,采用该快速算法,在普通微机上可以分钟量级时间完成千万数量级变量的前处理步骤。

惠更斯电磁超构表面微波天线的研究进展(特邀文章)（英文）

惠更斯电磁超构表面脱胎于现代三维超构材料,是一种特殊的二维亚波长阵列结构.基于经典电磁学惠更斯等效原理,惠更斯电磁超构表面可以灵活地调控电磁波的传播和电磁场的分布,其独特的电磁特性给天线的创新带来了巨大的机遇.文章将综述惠更斯电磁超构表面在微波天线中的研究进展,简要介绍惠更斯超表面的基本概念和原理并总结其在微波天线设计中的应用,重点阐述三种惠更斯超构表面天线技术及其设计案例.最后,展望惠更斯超构表面在天线工程中的广阔应用前景.

微波无线功率传输中高效率双线极化整流天线设计

本文提出一种适用于微波无线功率传输中高效率双线极化整流天线设计。通过双线极化天线、微带正交耦合器以及整流器集成一体化,线极化入射电磁波将按照极化偏转角分解为水平极化以及垂直极化分量,经由微带正交耦合器完成非均衡至均衡功率再分配机制,满足高效率微波至直流整流器输入功率需求。理论分析与实验结果均验证所提出的双线极化整流天线在任意极化偏转角下仍能保持高效率稳定直流电压输出,满足高性能微波无线功率传输应用需求。

形状各向异性对垂直磁隧道结磁化动态的影响

纳米磁性结构内磁矩翻转动态特性对于磁存储以及自旋电子学的研究具有十分重要的意义。基于Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程,研究了垂直磁各向异性(PMA)磁隧道结(MTJ)的自由层尺寸及磁矩倾角对磁矩翻转动力学特性的影响。具体讨论了宏自旋(Macrospin)模型中自由层的形状和尺寸对磁矩翻转特性的影响,给出了自由层磁矩翻转时间与阈值电流密度随自由层长度、厚度变化的特征。同时也分析了自由层磁矩倾角对磁矩翻转时间及阈值电流密度的影响。结果表明,在垂直MTJ结构中,小的磁矩倾角及合适的自由层长厚比可以大幅度地缩短磁矩翻转时间及减小所需阈值电流密度。

面内形状各向异性能对自旋转矩振荡器零场振荡特性的影响

利用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程,在理论上研究了由磁矩垂直于膜面的自由层和磁矩平行于膜面的极化层组成的自旋转矩振荡器的振荡特性.数值结果表明面内的形状各向异性能,可以使自旋转矩振荡器在无磁场情形下产生自激振荡.此特性可以用能量平衡方程解释,即面内形状各向异性能可以导致系统中自旋转矩提供的能量与阻尼过程所消耗的能量之间的平衡.特别是,面内的形状各向异性能越大,自旋转矩振荡器的可操控电流范围越大,并且产生微波信号的频率越大,但其阈值电流几乎不变.

微波超天线技术的研究与发展

天线技术的发展一直局限于其基本的物理特性。人造结构(即超构材料)的发展具备了独特的电特性,对现有天线设计的性能改善和引入新的功能带来了机会。首先简要介绍超构材料和超构表面的概念。以微波超透镜为例,详细介绍超构表面以及超构表面天线的设计。接着,简要概述微波超天线技术(即基于超构材料和超构表面的天线)的最新研究进展。最后,对微波超天线研究与开发的前景和重点课题进行展望。

基于DTW算法的肌电信号手势识别方法

为了提高肌电信号手势识别算法的准确度,增强实时性,提出了一种基于动态时间规整(DTW)算法的手势识别方法,该方法利用肌电信号(EMG)对个体间的手势进行识别。首先,采用滑动平均能量的方法对原始的EMG信号进行数据分割,探测有效动作;其次,对于分割的数据段使用平均绝对值(MAV)来提取信号特征;最后,用DTW算法将8维的EMG信号融合并计算测试样本和模版的相似度,其中采用了DTW算法寻找规整路径的方法进行了模板制作,实现了个体间的手势识别。实验结果表明,使用DTW算法对肌电信号进行手势识别,其动作识别的准确率达到96.09%,该方法计算速度快,实时性强。

CoFeB/MgO磁隧道结的低电流密度磁矩翻转特性

基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程,研究平面型Co Fe B/Mg O磁隧道结的磁矩翻转特性.数值计算结果表明,Co Fe B与Mg O间的界面各向异性,可降低磁矩翻转的阈值电流密度,达到106A/cm2量级.固定层磁矩方向和类场自旋转移力矩对自由层磁矩的翻转时间有重要影响.当固定层磁矩与自由层磁矩之间有一个小角度时,可显著加快自由层磁矩翻转.当类场自旋转移力矩与自旋转移力矩之比为负值时,类场自旋转移力矩与自旋转移力矩将促进自由层磁矩翻转;当相应的类场自旋转移力矩与自旋转移力矩之比为正值时,类场自旋转移力矩将阻碍自由层磁矩翻转.该研究可供自旋转移力矩驱动的磁性随机存储器件设计借鉴.

光流控光镊操控研究进展

光镊技术利用光与颗粒之间动量传递的力学效应对颗粒进行操控,具有无接触、操控尺寸小等优点,在生物医学和物理化学等领域具有重要的应用价值。光镊操控起初主要是在静态环境中对单个和多个颗粒进行操控,分为单/多光束光镊、全息光镊、等离子光镊、光纤光镊、特殊光力/力矩光镊和光电热镊子等。光镊技术随后与微流控技术进行结合诞生了光流控光镊操控技术,大大提高了可操控颗粒的数量和效率,同时也丰富了操控功能。本文从光流控光镊类别、物理机制以及生物医学应用等方面出发,对光流控光镊操控进行了回顾和讨论,最后对光流控光镊操控潜在的挑战进行了总结,对未来的发展方向如高通量单病毒操控和检测、光驱动机器人等进行了展望。

类场STT对非共线磁隧道结动态特性的影响

研究了类场自旋转移力矩(STT)和极化层磁矩偏角对CoFeB-MgO-CoFeB磁隧道结中阈值电流密度以及翻转时间的影响。基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程,运用微磁模拟的方法研究了非共线磁性多层膜结构中的STT效应,着重考察了Slonczewski项和类场STT的影响情况。结果表明,在给极化层磁矩一个小的偏角时,阈值电流密度会大幅减小,减小幅度可达37%。而且类场STT和Slonczewski项对阈值电流密度和翻转时间有着重要影响。分析表明,类场STT和Slonczewski项在一定条件下可以明显地改善磁隧道结的翻转特性,此时类场STT有效地促进了自由层磁矩翻转的进程,从而使阈值电流密度减小,翻转时间进一步缩短。

基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器

目前市场主流的窄禁带材料霍尔磁场传感器主要工作在室温或低温环境,而新型的宽禁带GaN材料霍尔传感器虽然适用于高温,但器件结构主要是水平型,受制于异质结界面过高的纵向电场约束,能探测平行器件表面磁场的垂直型结构至今未见报道,因此技术上无法实现单一芯片三维磁场探测.针对该难题,本文提出基于宽禁带AlGaN/GaN异质结材料,采用选区浅刻蚀二维电子气沟道势垒层形成局部凹槽结构的方案,从而实现垂直型结构霍尔传感器,并且可有效地提高磁场探测灵敏度.首先对照真实器件测试数据对所提器件材料参数和物理模型进行校准,然后利用计算机辅助设计技术(TCAD)对器件电极间距比值、台面宽度、感测电极长度等核心结构参数进行优化,同时对器件特性进行深入分析讨论.仿真结果表明所设计的霍尔传感器具有高的磁场探测敏感度(器件宽度为2μm时为113.7 V/(A T))和低的温度漂移系数(约600 ppm/K),器件能稳定工作在大于500 K的高温环境.本文工作针对宽禁带材料垂直型霍尔传感器进行设计研究,为下一步实现在单一芯片同时制造垂直型和水平型器件,从而最终获得更高集成度和探测敏感度、能高温应用的三维磁场探测技术奠定了理论基础.

一种低功耗的电子式电能表电源监控芯片

介绍了一种自主研发的低功耗单片电子式电能表掉电监测及复位芯片ZH17X6,提出单片复位监控芯片ZH17X6在电子式电能表掉电监测以及系统复位的实际应用。并通过对比现有电子式电能表的常用电路,体现ZH17X6系列芯片在电子式电能表掉电监测以及系统复位等应用中低功耗、低成本、高集成度、高可靠性的优势,展示出ZH17X6在电子式电能表领域广泛的应用前景。

广义Hamilton系统的观测器及基于观测器的H_∞控制设计

研究广义 Hamilton 系统的观测器设计和应用问题.首先,根据广义 Hamil-ton 系统的结构特性,提出一种新的观测器设计方法: 扩张+反馈法. 基于该方法,文中设计了两种观测器, 一种是针对系统结构中不含参数摄动的情况而设计的; 另一种是自适应观测器,则是针对系统结构中含参数摄动的情况而提出的. 然后,运用所得到的观测器研究广义 Hamilton 系统的基于观测器的 H∞控制设计问题,给出一种新的设计方法. 最后,把得到的结果应用于电力系统,给出单机无穷大系统的状态观测器和基于观测器的 H∞ 控制方案.仿真结果表明,所提出的方法是非常有效的.

正N边形柱的隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了正N边形柱的隐身条件,并得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对N取不同值时的三个典型算例进行仿真验证.仿真结果证实了所得到的本构参数张量的正确性.考虑到损耗对于隐身效果的影响分析,这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及降低对称度隐身罩的设计奠定了理论基础.

三维椭球隐身条件的严格推导及其隐身特性验证

基于坐标变换理论,提出并推导了任意轴比下三维椭球的隐身条件,得到了相应隐身罩材料本构参数张量的通解表达式.根据导出的本构参数张量,利用电磁仿真软件分别对不同轴比的三个典型算例进行仿真验证.仿真结果证实了所导出的本构参数张量的正确性.这些分析结果为隐身物理机理的进一步理解,以及三维隐身罩的设计奠定了更充分的理论基础.

有耗异向介质层覆盖普通介质圆柱电磁特性的研究

研究了线电流源平行放置在有耗异向介质层覆盖的无限长介质圆柱附近模型的电磁特性.首先,提出电磁模型并给出此电磁模型的精确解.其次,利用精确解进行数值计算,得到不同电磁参数情况下该电磁模型的近场分布图形,并通过方向性系数和归一化辐射阻抗研究其远场特性.由于有耗异向介质的负折射特性和损耗的同时作用,相比于无耗异向介质层以及有耗普通介质层,得到了有耗异向介质层覆盖普通介质圆柱模型在近场和远场特性上极为不同的电磁特性.