一种用于时间反演通信的亚波长天线阵列设计

基于时间反演电磁波的远场超分辨聚焦特性, 设计了一种亚波长天线阵列, 其天线单元刻蚀有微结构、单元间距为1/20工作波长且信道相互独立. 在保证相似的辐射特性的条件下, 该亚波长天线阵列对比于其他微结构刻蚀所组成的亚波长天线阵列, 具有较好的远场超分辨率聚焦特性. 为基于时间反演的高速率、高质量多天线通信提供了一种有效的终端天线阵列.     

基于石墨烯加载的不对称纳米天线对的表面等离激元单向耦合器

本文设计并数值研究了一种石墨烯加载的不对称金属纳米天线对结构.利用石墨烯费米能级的动态调控特性,实现了电控表面等离激元的单向传输.类似于传统的三明治型纳米天线结构,设计的不对称金属纳米天线对结构可以等效为两个共振的磁偶极子,由于磁偶极子辐射电磁波的干涉,将导致单向传输效应.通过计算腔中的电场分布,发现石墨烯的调谐能力与石墨烯区域的电场强度成正比关系.以上现象都可以通过等效电路模型进行理论解释.此外,该结构具有小尺寸、高效率、宽带宽和易于光电集成等优点,在未来的光子集成与光电子学领域将具有重要的应用.     

金属基底上光学偶极纳米天线的自发辐射宽带增强:表面等离激元直观模型

本文提出一种具有宽波段自发辐射增强性能的金属基底上光学偶极纳米天线,实现的总辐射速率与远场辐射速率增强因子分别达到5454和1041,在近红外波段,自发辐射增强(Purcell因子超过1000)波长范围达到260 nm,并且能够实现远场定向辐射.为了阐明天线性能背后的物理机制,本文考虑天线臂上表面等离激元激发和多重散射的直观物理过程,基于Maxwell方程组第一性原理,建立了一个半解析模型,能够全面复现天线的辐射特性,包括总辐射速率、远场辐射速率、远场辐射方向图等.该模型提供了一个直观的物理图像,即在模型导出的两个相位匹配条件下,表面等离激元在天线臂上形成了一对Fabry-Perot共振获得增强,然后传播到纳米间隙内点辐射源位置和散射到自由空间,由此分别提高了总辐射速率和远场辐射速率.并且,这一对Fabry-Perot共振产生了一对相互靠近的谐振峰,由此形成了宽波段自发辐射增强.本文提出的偶极纳米天线可以应用于荧光增强、拉曼散射增强及高速、高亮度纳米光源等领域,所提出的模型可用于光学天线的物理理解和直观设计.     

光偶极天线的远场方向性研究

用时域有限差分方法模拟了两种光偶极天线模型的场分布,研究了光偶极天线的远场辐射特性随其长度增加而变化的规律以及影响其远场方向性的因素,发现光偶极天线的远场方向性随其长度增加而变化的规律类似于经典对称振子天线的相应规律.但高阶局域表面等离激元模式的存在使得光偶极天线的远场辐射图更快地出现了旁瓣.这些发现对于提高光天线的性能具有重要意义. 关键词： 光偶极天线 局域表面等离激元 金纳米粒子 远场方向性     

基于等离子体的定向天线阵理论与实验研究

当前国内学者对等离子体天线的研究主要集中于柱状天线和反射面天线, 而在国外已有学者以等离子体阵列结构设计了功能多样的智能天线系统. 为了较系统地了解这一新的设计思路, 基于等离子体散射理论对中心单元激励的圆形定向天线阵进行了理论和实验研究. 设计了一个16元等离子体无源振子的圆形天线阵, 实现了天线电磁波单波束和多波束的定向辐射. 通过理论计算和分析, 阐述了天线电磁波单波束和多波束辐射的原理. 通过建立实验系统, 测试了圆形天线阵的定向辐射特性. 实验结果和理论值接近, 说明该等离子体圆形天线阵可以实现天线电磁波的定向辐射和多波束辐射. 另外, 该天线阵还具有快速切换辐射方向、参数快速重构、雷达隐身性良好的优点. 关键词： 等离子体 定向天线阵 单波束 多波束     

组合振子天线实验研究

组合振子是超宽带天线研究的一个重要方向，因为这种天线从设计的一开始就考虑到了低频辐射能力的提高，并采用电偶极子和磁偶极子组合的方式，力图使得振子主辐射方向上的波阻抗与自由空间相匹配，从而保证辐射场为纯净的TEM波。     

TEM喇叭天线低频补偿实验研究

 通过对TEM喇叭天线低频补偿的实验，验证了低频补偿原理的正确性。低频补偿可以改善TEM喇叭天线的低频传输特性及低频辐射特性。当TEM喇叭天线与低频补偿回路形成电偶极子和磁偶极子满足匹配条件时，天线低频辐射的单向性将得到提高。当天线的低频补偿回路形成的磁偶极矩足够大时，低频补偿可增大天线主辐射方向的辐射，并改善天线低频辐射特性。     

基于磁偶极子阵列的印制电路板干扰源等效建模方法

针对电子设备整机电磁兼容分析的需求,提出利用磁偶极子阵列对印制电路板干扰源的电磁辐射特性进行等效建模的方法.根据电磁场边值问题的特点,将辐射源和影响辐射的结构分开建模,即对真实电磁辐射源进行等效建模,并单独处理结构对辐射的影响.介绍了等效建模的基本思想,推导了等效磁偶极子阵列的确定方法,并使用贴片天线对建模方法进行了验证.结果表明,等效方法的模型复杂度、建模时间和计算资源需求大幅度减小.     

时间反演电磁波超分辨率特性

时间反演电磁波在特定的远场环境下具有超分辨率特性.结合时间反演技术构建具有超分辨率特性的模型进行仿真,对结果分析后筛选出能够实现超分辨率特性的关键因素,可为实用的小型化、多天线无线通信系统的设计提供指导. 关键词： 时间反演电磁波 时间反演技术 超分辨率     

基于驻极体材料的机械天线式低频/甚低频通信磁场传播模型

低频/甚低频电磁波的频率极低,趋肤深度较深,可以以很小的损耗穿透海水和地下来进行通信.传统的低频发射天线存在尺寸和功耗较大的问题,本文采用驻极体材料设计了一种机械天线式低频/甚低频发射天线结构.利用激励装置驱动驻极体所带极化电荷进行机械运动,从而产生交变的电磁场,并激发出电磁波携带能量和信息,在一定的媒质中传播,以实现电磁波的高效辐射,颠覆了传统低频/甚低频发信系统中天线尺寸需与辐射信号波长相比拟的约束.基于该结构,本文建立了磁场传播的解析模型,并据此研究了天线尺寸、形状等相关参数对天线性能的影响.给出了天线所产生场强随几何参数如半径、高度等的变化规律,同时对比了两种不同磁场模型仿真计算的结果,阐述了在实际情况中需要根据天线尺寸和传播距离等条件来选择适合的模型.研究工作对于指导机械天线设计和优化天线结构具有重要意义.