负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

Metamaterials电磁特性的数值仿真研究

利用HFSS软件，对电磁波在左手材料中的后向波传输、平板成像特性和近零折射率媒质的定向辐射特性进行了全波仿真研究，分别验证了左手材料与近零折射率媒质的上述特性。利用AnsoftDesigner软件，对去掉并联电感和去掉串联电容的、基于微带线的两种简化的左右手复合传输线构成的具有磁单负和电单负特性介质的电磁特性进行了仿真研究，验证了电磁波在匹配的MNG-ENG介质对结构的隧穿特性。     

负媒质模型的时域有限差分法分析

 负折射率媒质是一种人造媒质，在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理，解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例，验证了方法的可行性，模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究

本文对35 GHz和96 GHz电磁波在等离子体中的传输特性进行了理论与实验研究, 得到了电磁波衰减随等离子体密度、碰撞频率和电磁波频率的变化规律. 等离子体密度增加一个数量级时, 电磁波衰减增加一个数量级; 随着等离子体碰撞频率的增加, 电磁波衰减先增加后减小; 随着电磁波频率的增加, 衰减下降. 以激波管为实验平台进行了电磁波在等离子体中传输特性的实验研究, 实验结果和理论结果吻合较好. 理论和实验结果均表明, 提高电磁波频率是解决黑障问题的有效途径.     

Fermat原理在左手媒质中的推广

 在考虑左、右手媒质定义对比基础上，定义了广义折射率，并对Fermat原理的表述进行了推广。从电磁理论出发，得到了折射率的具体表示。广义的折射率可以通过媒质电参数有效地表现理想及人工复合左、右手媒质中折射的负正特性。以此所得理论可以有效描述由左、右手媒质所共同构成的折射率可变的混合稳态电磁或光学传输系统。讨论了折射率的高频形式，并对负折射现象进行了讨论。     

各向异性介质缺陷单负媒质光子晶体的新型缺陷模

电负媒质和磁负媒质组成的一维光子晶体中存在一种几乎不受电磁波入射角和极化影响的零相位能隙.为了能够调节这种能隙的频率,通过在此类光子晶体中心插入一层各向异性媒介,构造出两层电负扣磁负媒质交替的一维光子晶体.采用Berreman 4×4矩阵法计算了该结构的透射谱,结果显示:调节双轴晶体主轴围绕实验坐标系z轴的旋转角度可以改变缺陷模频率的大小,并且该缺陷模的频率不随入射角度的变化而改变.该特性可以用于光波频率可调的单通道窄带滤波器的制作.     

非磁化等离子体中的电子碰撞频率

电子碰撞频率是非磁化等离子体的一个重要参数,它对等离子体与电磁波相互作用的性质具有较大影响。基于产生等离子体的气压条件不同,其电子碰撞频率具有较大变化范围。研究了它对非磁化等离子体吸波能力的影响,得出了当电子碰撞频率与等离子体频率和入射波频率相当时,等离子体对电磁波具有较大吸收的结论,给出了对应于最大吸收的最佳碰撞频率值。分析了通过选择放电气体来调整等离子体的电子碰撞频率。     

各向异性左手材料劈形平面波导传输特性

从Maxwell方程组出发,得到三层各向异性左手材料对称平面波导TM模的色散方程及功率流方程;利用多台阶近似法得到该类劈形平面波导TM0振荡模的反射系数和传输系数方程;根据TM模的色散方程、反射系数和传输系数方程画出相应的特性曲线.分析表明:随着电磁波的传输,TM振荡模传输系数ct2逐渐减小,但在零附近出现振荡,同时出现双模反射特性;随着波导长度的增加,第一类反射系数ar12从零开始逐渐增加,最终趋于恒定;第二类反射系数ar22单调增加,最大可接近于1.增加多层结构左手材料中金属填充比或电磁波频率,传输特性曲线下移,传输能力下降;第一类反射特性曲线下移,反射能力下降,但第二类反射特性曲线上移,反射加强.     

双负媒质结构改善Ku波段天线辐射特性

基于负介电常数和负磁导率产生原理,采用金属细线和裂环谐振器结构,针对12.5 GHz频率开展双负媒质结构设计。通过特殊边界条件下S参数计算以及Nicolson-Ross-Weir方法,完成等效参数的提取,获得介电常数、磁导率、折射率实部均为负值,且折射率接近于0的左手材料特性。将双负媒质结构加载于Ku波段圆锥喇叭口面进行仿真优化,提高天线增益2.17 dB,在11~13 GHz频带范围内,加载天线的增益均有所改善。实验结果表明,口面加载双负媒质结构后,天线增益提高1.51 dB,后向辐射减小5.7 dB,辐射特性获得了明显改善。     

源嵌入正折射率传输线介质板内的倏逝波和成像特性

 提出了点源嵌入正折射率介质板进行亚波长成像的新方法,分析了位于负折射率媒质里的正折射率介质板内外的电压倏逝波和电压传播波分布。正和负折射率媒质分别由2维未加载传输线和2维加载电感、电容传输线网络组成。微波电路和数值仿真结果都显示由于板内增大的倏逝场,在正折射率介质板的两个界面附近出现了很大的电压幅度,该结果证实了该正折射率介质板透镜能够恢复电压倏逝波,从而提高像的分辨率。     

FDTD Analysis of Electromagnetic Reflection by Conductive Plane Covered with Magnetized Inhomogeneous Plasmas

A novel finite-difference time-domain (FDTD) methodology which incorporates both anisotropy and frequency dispersion at the same time is developed for electromagnetic wave propagation in anisotropic magnetoactive plasmas in this paper. The numerical verification of the method are confirmed by computing the reflection and transmission of right-handed/left-handed circularly polarized (RCP/LCP) wave through a magnetized plasma layer, with the direction of propagation parallel to the direction of the biasing field. And, the right-handed / left-handed polarized wave reflection coefficients for electromagnetic signals normally incident upon a conductive plane covered with a layer of magnetized plasma are computed using the new FDTD method. The parabolic electron-number density profile varies only in the direction perpendicular to the plane. The function dependence of reflection coefficients on the number density, collision frequency and external magnetic field is studied.     

基于表面阻抗边界条件的等离子体薄涂层电磁散射的时域有限差分分析

基于表面阻抗边界条件时域有限差分(FDTD)方法研究了一维斜入射情况下非磁化等离子体薄涂层涂敷金属材料的电磁散射特性, 该方法忽略对薄层背景材料进行网格剖分, 大大减少了计算量. 首先推导了理想导体涂敷等离子体薄涂层的表面阻抗频域表达式, 然后代入边界条件并变换到时域, 再用分段线性递推卷积方法将时域表达式离散得到FDTD迭代式. 编程计算了垂直及斜入射情形下的平行极化和垂直极化反射系数, 通过验证算例与解析解对比, 结果表明该方法的准确性和有效性. 最后利用该方法分析了不同入射角对反射系数的影响.     

FDTD Simulation of Electromagnetic Reflection of Conductive Plane Covered with Imhomogeneous Time-Varying Plasma

A finite-difference time-domain (FDTD) algorithm is applied to study the electromagnetic reflection of conduction plane covered with inhomogeneous, collision, warm, time-varying plasma. The collision frequency of plasma is a function of electron density and plasma temperature. Under the one-dimensional case, transient electromagnetic propagation through various plasmas have been obtained, and the reflection coefficient of EM wave through inhomogeneous time-varying plasma (ITVP), homogeneous time-varying plasma (HTVP) and inhomogeneous plasma (IP) are calculated under different conditions. The results illustrate that a plasma cloaking system can successfully absorb the incident EM wave.     

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提出碰撞吸收型等离子体的等效折射指数,重新计算了折射角,并与利用常规方法得到的折射角进行了比较。分析了等离子体密度和碰撞频率对折射角的影响。考察了斜入射电磁波在吸收型等离子体中的折射特性,并以一维非均匀碰撞吸收型等离子体为例,对斜入射电磁波的反射特性进行了考察。结果表明,等效折射指数的概念涵盖了入射角度的影响,在考察斜入射时更准确、便捷。     

斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射时域有限差分方法分析

提出了斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射的时域有限差分(FDTD)方法,通过将二维麦克斯韦方程等价地转换为一维麦克斯韦方程,避免了用二维时域有限差分方法分析该散射问题,极大地提高了计算效率.分析推导了TEz和TMz波斜入射线性分层各向异性等离子体电磁散射的FDTD方法,然后通过该方法计算不同入射角的各向异性等离子板的电磁波反射系数,并与其解析解进行比较,结果表明该方法的准确性和有效性.最后,将该算法应用于计算涂覆分层各向异性等离子体金属板在不同入射角下的反射系数,分析了不同入射角对反射系数的影响.     

等离子体的SO-FDTD算法和对电磁波反射系数的计算分析

将一类色散介质的介电常数写成有理分式函数形式，进而导出FDTD中电位移矢量D和电场强度E之间的关系，形成SO-FDTD方法. 应用该方法计算了冷等离子体平板对电磁波的反射系数，通过与解析结果的比较，验证了该算法的高效性和高精度，同时，应用SO-FDTD方法，计算了等离子体层对垂直入射电磁波的反射系数，结果表明：等离子体厚度、电子密度、电子密度的分布形式和入射波频率是影响反射系数的重要因素. 关键词： 等离子体 电磁波 FDTD方法     

Refraction in media with a negative refractive index

We show that an electromagnetic (EM) wave undergoes negative refraction at the interface between a positive and negative refractive index material, the latter being a properly chosen photonic crystal. Finite-difference time-domain (FDTD) simulations are used to study the time evolution of an EM wave as it hits the interface. The wave is trapped temporarily at the interface, reorganizes, and, after a long time, the wave front moves eventually in the negative direction. This particular example shows how causality and speed of light are not violated in spite of the negative refraction always present in a negative index material.     

PML-FDTD法在分析负折射率材料中的应用

将时域有限差分(FDTD)法引入了对负折射率材料物理现象的仿真研究.给出了二维TM波在负折射率材料中的时域差分方程,并且在吸收边界处使用了理想匹配层(PML).为了避免在迭代过程中出现的不稳定现象,在差分方程的推导中引入了Drude模型, 并对Pendry提出的由负折射率材料构成的平板透镜具有的完美成像现象进行了数值仿真验证.由仿真结果发现,完美成像现象只在平板透镜的折射率n=－1时出现,当n≠－1时则会出现近轴聚焦效应.