雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型和雪的介电常数模型分别表示实际的地面和雪层的介电特性, 应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面, 运用时域有限差分方法研究了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱的复合电磁散射问题. 得出了复合电磁散射系数的角分布曲线, 计算了双站复合散射系数随土壤与雪层粗糙度参数、介电参数、 矩形截面柱几何参数、介电参数等的变化情况, 并做了详细分析与讨论. 得到了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射特性.     

电容式RF MEMS开关膜片上边缘电场的表征

为了获得高保真的电容式RF MEMS开关自驱动失效阈值功率模型,必须弄清开关膜片上电场分布的边缘场效应。由于受到边缘场效应的影响,在计算开关自驱动失效阈值功率时,不能使用开关与中心导体的正对面积(A)取代受到射频信号频率的开关膜片面积(ARF)。否则,会出现射频信号功率等效电压(Veq)的计算偏差。因此,使用Veq的计算值与开关膜片上的均方根电压值(VRMS)来表征ARF。从而构建一个优值(ARF/A)来表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度。采用HFSS软件构建开关自驱动失效3D电磁模型,针对同一种开关构型,通过仿真得到不同射频信号功率下和不同开关气隙高度下膜片上边缘电场的分布。并与优值计算结果进行比较,初步验证了使用该优值表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度的合理性。     

电容式RF MEMS开关膜片上边缘电场的表征（英文）

为了获得高保真的电容式RF MEMS开关自驱动失效阈值功率模型,必须弄清开关膜片上电场分布的边缘场效应。由于受到边缘场效应的影响,在计算开关自驱动失效阈值功率时,不能使用开关与中心导体的正对面积(A)取代受到射频信号频率的开关膜片面积(ARF)。否则,会出现射频信号功率等效电压(Veq)的计算偏差。因此,使用Veq的计算值与开关膜片上的均方根电压值(VRMS)来表征ARF。从而构建一个优值(ARF/A)来表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度。采用HFSS软件构建开关自驱动失效3D电磁模型,针对同一种开关构型,通过仿真得到不同射频信号功率下和不同开关气隙高度下膜片上边缘电场的分布。并与优值计算结果进行比较,初步验证了使用该优值表征开关膜片上电场分布的边缘场效应强度的合理性。     

电容式RF MEMS开关自热效应的多物理场协同仿真北大核心CSCD

随着信号输入功率的升高,电容式RF MEMS开关会发生自热效应使膜片变形,引起开关气隙高度的改变,导致开关驱动电压漂移,严重影响其可靠性。由于自热效应的失效机理涉及到复杂的多物理场耦合,因此提出了“电磁-热-应力”的多物理场协同仿真方法描述其失效模式,并分析其失效机理。首先利用HF-SS软件建立开关的电磁仿真模型,得到不同输入功率下膜片的耗散功率;再以此作为热源,利用ePhysics软件建立开关的热仿真模型,得到膜片上的温度分布;然后将温度梯度作为载荷,利用ePhysics软件建立开关的应力仿真模型,得到开关的形变行为;最后,根据膜片形变所致的气隙高度变化,得到驱动电压漂移的失效预测模型。以一种具有矩形膜片结构的典型电容式RFMEMS开关为例,利用该方法得到：矩形膜片表面电流密度主要分布在膜片的长边的边缘;温度沿膜片长边逐渐降低,且膜片中心处温度最高、锚点处温度最低;膜片的热应力变形呈马鞍面形,且最大形变点发生在膜片长边的边缘处,仿真还得到0~5 W输入功率下膜片的最大形变量;并拟合出了0~5W输入功率下的开关驱动电压-输入功率漂移曲线,该曲线具有线性特征并与文献实测数据极为吻合,由此证明了该方法的有效性。     

粗糙表面涂覆目标的太赫兹波散射特性研究

对具有涂覆层目标的太赫兹波段粗糙表面的散射特性进行了研究. 考虑到表面粗糙度的影响, 可先对反射系数进行修正, 再利用反射系数对等效电磁流进行修正, 得到粗糙涂覆表面的等效电磁流, 然后在物理光学方程的基础上得到粗糙表面涂覆目标的雷达散射截面; 最后进行图形电磁学可视化计算, 并采用Visual C++对模型进行OpenGL显示, 提取像素面元的有效信息对所得理论进行了仿真分析, 研究了不同入射角度、不同频率、不同介质、不同粗糙度和不同涂层厚度下的太赫兹波电磁散射特性, 得到了一些有参考价值的结论.     

基于钛酸锶钡介电非线性效应的可调谐太赫兹人工电磁媒质

数值仿真研究了内嵌钛酸锶钡薄膜夹层的金属网格谐振单元人工电磁媒质的谐振行为. 垂直电磁波激励下, 电磁响应频率随着内嵌夹层钛酸锶钡薄膜介电常数的变大呈现红移, 调谐率为22.6%. 本文提出的人工电磁媒质调谐方法只需要以结构单元的上下两层金属图形本身作为电极对内嵌夹层钛酸锶钡薄膜施加电压, 极大地简化了可调谐人工电磁媒质的制备及应用, 在太赫兹人工电磁媒质调制器等方面具有潜在的应用. 关键词： 人工电磁媒质 钛酸锶钡薄膜 介电非线性 调谐     

射频电感性耦合等离子体调谐基片自偏压特性

采用调节射频电感性耦合等离子体中基片电极与地之间的外部电路阻抗的方法,控制基片电极的射频自偏压。研究了调谐基片自偏压随外部调谐电容值的变化特征,得到了调谐基片射频自偏压随射频放电功率、气压的变化曲线。在一定放电参数区域内,调谐基片射频自偏压随调谐电容的变化曲线呈现跳变、双稳、迟滞现象。     

粗糙阴极气体火花开关性能的理论研究

提出了粗糙阴极的气体火花开关击穿模型,通过粗糙层厚度和场强增强系数对阴极粗糙度进行了描述,利用概率论研究开关的击穿情况,分析了气体压强对粗糙阴极气体火花开关稳定性、击穿场强随气压的变化曲线以及开关绝缘恢复速度的影响,研究发现当阴极相对于电子平均自由程足够粗糙时,开关具有最佳的稳定性,当阴极粗糙结构尺度与电子平均自由程相当时,开关具有最佳的绝缘恢复特性。     

指数型粗糙地面与上方矩形截面柱宽带电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型表示实际地面的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面与上方目标的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线,计算了后向复合散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、目标尺寸、高度、倾角等几何参数及介电参数等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了指数型粗糙地面与上方目标宽带电磁散射特性.     

YBa2Cu3O7-δ薄膜厚度在多层异质结构(Ag/Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3)中对Ba0.1Sr0.9TiO3介电性能的影响研究

铁电/超导(Ba, Sr)TiO3/YBa2Cu3O7-δ异质结在可调谐微波器件方面具有非常好的应用前景.我们采用1.2°斜切LaAlO3基片,以脉冲激光沉积法(PLD)制备出性能较好的Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ (BST/YBCO)异质薄膜.并进一步研究了YBCO薄膜厚度对BST性能的影响.研究发现当YBCO薄膜厚度增加到180nm附近时,其生长模式由二维step-flow转变为三维岛状模式,严重损害了在YBCO上面生长的BST薄膜的介电性能.具体表现在:BST薄膜的介电常数和可调谐率明显降低,介电损耗和漏电流却大幅度上升.通过测量电容与温度的关系,以应力效应模型对这一实验现象作出解释,认为YBCO薄膜厚度超过临界值,生长模式的转变促使晶格失配应力在YBCO和BST薄膜中得到释放,这导致BST/YBCO界面粗糙,以及BST薄膜中产生了大量的位错和缺陷,BST薄膜的性能因而大为降低.此外,通过对完全相同条件生长的单层YBCO薄膜的表面形貌进行了AFM研究,测试结果进一步验证了YBCO薄膜厚度增加到180nm时,其表面变得异常粗糙,均方根粗糙度(RMS)从120nm厚度时的3nm增加到180nm厚度时的9nm.因此,我们提出:通过严格控制底层YBCO薄膜的厚度,进而控制它的生长模式,能够非常有效地提高BST薄膜的介电性能.     

电容式射频微机电系统开关损耗机制

插入损耗是射频微机电系统 (RF MEMS) 开关的关键性能指标之一。电容式RF MEMS开关是一种适合高频应用的开关器件,对其损耗机制进行了研究。电容式RF MEMS开关的射频损耗主要包括四部分:信号线的导体损耗、衬底损耗、辐射损耗以及MEMS桥损耗。对电容式RF MEMS开关建立了损耗模型并进行了数值计算,同时在HFSS有限元软件中进行了电磁仿真,数值计算结果和有限元仿真结果较好的吻合。此外,对影响电容式RF MEMS开关插入损耗的因素进行了分析,结果表明,高阻抗的衬底、200 m左右的导体宽度、较小的导体厚度以及较小的up态电容能够降低开关的插入损耗,提高开关的射频性能。     

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究

大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域.通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义.本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律.结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小.通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素.提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.     

Electrochemical characteristics of alumina dielectric layers

The electrochemical characteristics of alumina dielectric layers were studied using a surface roughness factor and an impedance spectroscopy. From the limiting diffusion current method, the surface area factor of the dielectric anodic layer with low electrical conductivity was estimated to be 1.03. As alumina dielectric films on Al have a variable stoichiometry, the electrochemical behavior of Al₂O₃ layer can be monitored by evaluating an equivalent circuit with Young impedance of dielectric constant with a vertical decay of conductivity.     

一种宽带可重构反射型极化旋转表面

将超材料设计思想与微电机系统（micro-electro-mechanical system,MEMS）技术相结合,提出了一种宽带可重构反射型极化旋转表面.该结构由上层方形金属贴片、中间介质层、金属底板以及连接贴片与底板的金属通孔构成,通过在电流短路点处加载MEMS开关,使其具有电可调特性.仿真结果表明,当MEMS开关导通时,该结构能在7.78 GHz–14.10 GHz频带内将入射的线极化波转化为正交极化波并反射;当MEMS开关断开时,入射波则以同极化全反射.加工了实际的样品并进行了测试,结果与仿真符合较好.该结构具有结构简单易加工、器件个数少、工作频带宽、损耗低等优点,在电磁波动态调控中具有潜在应用价值.     

Design and simulation of a C-band SLED with mode converter

The transient response analysis of the SLED based on the equivalent circuit is described. Then, a C-band SLED using TE0,1,15 mode cylindrical cavity with TE10-TE01 mode converter has been designed. According to the main RF parameters of the accelerator, the coupling coefficient is optimized to obtain the maximum multiplication factor. The key components of the pulse compressor include a 3 dB directional coupler, a TE10-TE01 mode converter,and a cylindrical cavity, which are simulated and optimized using 3D electromagnetic field simulation software. In addition, the function defining the relation between the coupling factor and aperture size is derived by a mathematical fitting method.     

等离子体微带开关特性

 提出一种基于微放电等离子体的微带开关。它是以“时变等离子体”取代微带线射频微机电开关的“金属悬臂”,利用等离子体的导体或介质特性使电磁波沿其表面进行传输或截止,从而实现微带线上电磁波传输的动态控制。等离子体微带开关的基本结构包括用以隔断电磁波的微带间隙和产生片状等离子体的放电装置。放电产生时,电磁波因等离子体导体性通过开关,形成“开”状态;放电停止后,电磁波被微带间隙反射,形成“关”状态。利用CST软件仿真研究了等离子体开关特性,结果表明：这种开关的带宽由等离子体密度决定,隔离度由间隙决定,而工作插损与等离子体密度和电子碰撞频率有关。等离子体位形（宽度、厚度等）对于开关性能也非常重要。     

Physics‐based modeling and microwave characterization of graphene co‐planar waveguides

In this study, large area mono‐, bi‐, and multi‐layer graphenes (MLG) were synthesized using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process and co‐planar waveguides (CPW) with graphenes being fabricated using conventional photolithography. The intrinsic room temperature radio frequency (RF) characteristics were measured via direct contact to the graphene surface with a probe–tip in the range of 0.1 GHz to 40 GHz without using metal electrodes. The device characteristics were also evaluated by physics‐based RLC equivalent circuit simulation. The proposed equivalent circuit model reproduced all of the measured characteristics within 3% of RMSE and we numerically extracted the set of component values which minimize the error between the measured data and the simulation results over the measured regime. Our findings demonstrate that MLG is an effective candidate in RF interconnect device applications. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于阻抗模拟的等效电磁参数研究

为能够较好的计算混合介质等效复介电常数和复磁导率, 提出了一种基于等效电路理论的阻抗模拟方法.导出了材料的电磁参数与材料容抗、感抗之间的对应关系, 并建立了能够较完整、精确地刻画实际复合材料的模型.通过求解混合介质的等效阻抗, 进一步反演其等效电磁参数.将计算结果与经典理论公式以及基于有限差分的数值方法进行了比较, 结果都符合得很好, 说明该方法可以用于计算材料的等效电磁参数.另外, 引入薄膜层结构来刻画表面效应等因素, 使得计算结果更加符合实验结果, 弥补了经典公式在这方面的不足, 同时也体现了该方法在刻画实际模型时所具有的优势. 关键词： 等效电磁参数 阻抗模拟 等效电路 混合介质