不同形状孔缝微波耦合的实验研究

探讨了椭圆、圆环、方环、十字交叉形、圆形、正方形、正三角形及双矩形孔缝在2～18GHz频率范围内的耦合系数，并与矩形孔缝的耦合特性进行了比较。结果表明: 各种不同形状孔缝微波耦合的共振特性与其纵横比有关, 纵横比较大的孔缝耦合共振现象比较明显，纵横比较小的孔缝耦合特性趋于高通；各种孔缝的共振频率与孔缝长度有密切关系。     

微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究.如果孔缝填有介质,则预期对微波耦合进入腔体的物理过程有重要影响,研究了微波与带介质孔缝矩形腔体耦合的过程中影响介质孔缝耦合共振峰和共振频率点的因素,包括孔缝长度、宽度和介质相对介电常数等物理量的影响.通过大量不同孔缝尺寸的模拟研究,发现孔缝的介质对孔缝耦合共振频率有明显影响,我们对微波与带介质孔缝耦合发生共振的公式进行了拟合,最后得出了微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的共振条件.     

微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究. 如果孔缝填有介质, 则预期对微波耦合进入腔体的物理过程有重要影响, 研究了微波与带介质孔缝矩形腔体耦合的过程中影响介质孔缝耦合共振峰和共振频率点的因素, 包括孔缝长度、宽度和介质相对介电常数等物理量的影响. 通过大量不同孔缝尺寸的模拟研究, 发现孔缝的介质对孔缝耦合共振频率有明显影响, 我们对微波与带介质孔缝耦合发生共振的公式进行了拟合, 最后得出了微波脉冲与带介质孔缝矩形腔体耦合的共振条件.     

微波脉冲与不同形状带矩形孔缝腔体耦合的数值模拟

 利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉冲的电场与孔缝窄边平行时,借助耦合函数对两个系统内部耦合场的分布特性进行了研究,结果表明在与孔缝窄边垂直的平面内,越靠近腔体壁,耦合场越弱。此外,两种腔体内部的耦合场在腔体截面内均呈现准周期振荡分布,矩形腔体内部耦合场振荡的幅值较均匀,而圆柱形腔体内部耦合场幅值在其截面中心附近区域最大;除了孔缝附近区域外,圆柱腔体轴线两端的耦合场远大于矩形腔体相应的耦合场。最后,研究了孔缝耦合共振频率与孔缝尺寸的关系,结果表明系统耦合共振频率不只与孔缝尺寸有关,而是由孔缝尺寸和腔体形状及其对微波脉冲的反射特性共同决定。     

矩形孔缝耦合特性实验研究

 对矩形孔缝在微波频率为2～18GHz范围内的耦合系数进行了实验研究；建立了实验方法和实验装置。实验结果表明：对于矩形孔缝，当入射电场方向垂直于孔缝长边时，在微波波长约等于2倍孔缝长度时，发生共振效应，在该频率附近一定带宽内耦合系数最大，并且在共振频率处存在着场增强效应。     

内孔缝位置对嵌套腔体微波耦合特性的影响

 利用时域有限差分（FDTD）方法计算了不同内孔缝位置情况下微波脉冲与带缝嵌套圆柱形腔体系统的耦合过程；分别分析了内孔缝位置对外部带缝腔体和内部带缝腔体耦合特性的影响。结果表明:除了内孔缝附近区域以外，内孔缝位置对外腔耦合特性的影响很小，可以忽略不计；但内孔缝位置对内腔耦合特性的影响较大，而且内腔的屏蔽性能由外腔内的耦合场分布以及内孔缝的位置共同决定。     

微波脉冲与孔阵矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与孔阵矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究. 当孔缝阵中的孔缝长边垂直于入射电场方向时, 详细分析了微波脉冲与孔缝阵矩形腔体的耦合过程中孔阵面上各个孔缝中心点的电场分布情况. 结果表明, 在平行于入射电场方向上排列的孔缝中, 处在中心的孔缝场增强效应最弱, 孔缝场增强效应由中心向两侧依次对称的增强; 在垂直于入射电场方向上排列的孔缝中, 处在中心的孔缝场增强效应最强, 孔缝场增强效应由中心向两边依次对称的减弱. 同时, 讨论了孔缝孔阵中孔缝个数、间隔等因素对各孔缝中心点的场增强效应和腔体内的耦合场分布的影响.     

微波脉冲与孔阵矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与孔阵矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究.当孔缝阵中的孔缝长边垂直于入射电场方向时,详细分析了微波脉冲与孔缝阵矩形腔体的耦合过程中孔阵面上各个孔缝中心点的电场分布情况.结果表明,在平行于入射电场方向上排列的孔缝中,处在中心的孔缝场增强效应最弱,孔缝场增强效应由中心向两侧依次对称的增强;在垂直于入射电场方向上排列的孔缝中,处在中心的孔缝场增强效应最强,孔缝场增强效应由中心向两边依次对称的减弱.同时,讨论了孔缝孔阵中孔缝个数、间隔等因素对各孔缝中心点的场增强效应和腔体内的耦合场分布的影响.     

共振增强的量子效应初步研究

 利用量子效应原理分析了波包在势阱中的传输,通过分类讨论得出了出现共振透射现象的条件。将其与已有高功率微波孔缝耦合的数值模拟和实验结果相比较发现：其共振条件和使用数值模拟和实验得到的共振条件基本一致,即垂直入射电场分量的缝（或边）为入射半波长的整数倍时会出现共振增强现象。不仅验证了已有的高功率微波孔缝耦合数值模拟和实验结果,而且有助于解释一些复杂电子系统高功率微波效应实验中出现的强耦合现象。     

有孔矩形金属腔体屏蔽效能的估算

 使用模式匹配法和基于矩量法求解的混合位积分方程预估了有孔缝金属屏蔽腔体的屏蔽效能,该算法考虑了孔缝厚度、孔缝形状、入射波极化方向及高次模等因素对屏蔽效能的影响。通过对经典孔缝电磁耦合模型的数值仿真,验证了该算法具有较高的准确性和计算效率。数值仿真表明：当屏蔽腔体上的孔缝为矩形且入射波的电场极化方向平行于矩形缝隙的短边时,对应于该极化方向的腔体屏蔽效能是所有极化方向中最差的;当频率低于主谐振频率时,测试点距离缝隙越近,该点的耦合场越强,屏蔽效能越差;在孔缝面积相同的情况下,正方形孔缝的屏蔽效能要优于矩形孔缝的屏蔽效能。     

Plasmonic effects in near-field optical transmission enhancement through a single bowtie-shaped aperture

In this paper, the enhanced optical transmission through a special type of aperture of a bowtie shape is investigated through near-field imaging and finite-difference numerical analysis. Under linear polarizations in two orthogonal directions, the optical near fields of the bowtie aperture and comparable square and rectangular apertures made in gold and chromium thin films are measured and compared. The bowtie aperture is able to provide a nanometer-sized optical spot when the incident light is polarized across the bowtie gap and delivers a considerable amount of light. Localized surface plasmons are clearly observed in the near-field images for both bowtie and rectangular apertures in gold, but invisible in chromium. Finite-difference time-domain calculations reveal that, depending on the polarization of the incident light, the unique optical properties of the bowtie aperture are a result of either the optical waveguide and the coupled surface plasmon polariton modes existing in the bowtie gap or the coupling between the two open arms of the bowtie aperture. PACS 81.07.-b; 07.79.Fc; 71.36.+c; 78.66.Bz; 42.79.Gn; 42.79.Vb     

Optical transmission properties and enhanced loss for randomly positioned apertures in a metal film

The transmission of light through randomly distributed rectangular apertures in a gold film on glass substrate is calculated for the first time. The results for randomly distributed apertures, when compared with the transmission resonance through a single aperture, show the new features of a peak reduction, a blue-shift and the appearance of ripples. Only the latter of these features has been reported previously. The loss from the isolated aperture is compared with the loss from the randomly distributed apertures to show how coupling between apertures enhances the loss in the presence of a lossy metal film. PACS 81.07.-b; 71.36.+c; 78.66.Bz; 42.25.Dd     

Localization of Surface Plasmon Waves in Hybrid Photodetectors with Subwavelength Metallic Arrays

The spectral characteristics of the hole photocurrent in plasmon photodetectors based on Ge/Si heterostructures with Ge quantum dots combined with regular arrays of subwavelength apertures of various shapes in a gold film on the semiconductor surface are investigated. Dispersion relations characterizing the propagation of surface plasmon waves along the metal–semiconductor interface are determined from the dependences of the photocurrent on the angle of incidence of light. It is established that the plasmonic enhancement of the photocurrent in rectangular aperture array is suppressed as compared to that in circular and square aperture arrays. It is found that, in hybrid structures with rectangular apertures, there exists a range of wave vectors where the energy of surface plasmons is independent of the wave vector of incident radiation. The results are explained by the excitation of dipole modes localized at rectangular apertures with a large aspect ratio by light waves.     

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。     

不同形状孔阵屏蔽效应的分析

 屏蔽效应的研究对于防御电磁干扰，保证电子系统的正常工作是非常重要的。计算了屏蔽腔上开有不同形状的孔阵时对屏蔽效应的影响，分析比较了各种不同孔间距对屏蔽效应的影响。计算结果表明，圆形孔阵的穿透系数最小，方形孔阵次之，蜂巢形孔阵较大，但频谱分布基本一致。而对于哑铃形孔阵，由于孔面形状差异较大，孔面处磁流分布变化也较大，不仅穿透系数比前三者都大，而且高频时穿透系数的频率分布也发生较大改变。另外，随着孔阵中孔间距变大，孔之间的互耦减弱，耦合进屏蔽腔内的场强也变小。     

高功率微波对双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性

 用多模传输线模型对高功率微波与双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性进行了研究,此方法可以考虑高功率微波孔缝耦合进入腔内时的较宽的频率范围。用这种模拟方法获得了双层屏蔽腔体微波耦合的一些规律性结果：双层屏蔽可以使得腔体内的耦合电场比单层屏蔽时有显著的减弱,这与FDTD方法的结论是一致的;双层屏蔽外腔体中的一些谐振会影响到内腔体的耦合系数,外腔体中的场模式经由内孔缝会影响内腔体中的场模式;不论是单层屏蔽还是双层屏蔽,保持每层孔缝总面积不变时,随着孔阵中孔缝数量的增加,进入腔体内的耦合电场也逐步地减弱,这与单层屏蔽时的结论一致;通风总面积不变的情况下,孔缝数量越多,屏蔽效能越好。     

有孔双层屏蔽腔体的宽频带屏蔽效能

 用扩展为可分析腔内高次模的传输线方法研究了有孔双层屏蔽腔体的屏蔽效能,该方法可以考虑腔内较宽的频带范围。计算了双层屏蔽腔内电场的屏蔽系数,与单层屏蔽腔内屏蔽系数的比较表明,采用双层屏蔽使得腔体的屏蔽效能大为提高。分析了双层屏蔽腔体孔缝耦合的共振效应、腔内的谐振。结果表明：满足共振效应成立条件时双层屏蔽腔内也发生共振现象,屏蔽效能在共振频率附近明显降低;在腔内的谐振点屏蔽系数出现极小值,此时屏蔽效果较差;在0.1~4.5 GHz的范围内,屏蔽系数随着频率的增加总体上呈下降趋势。     

有限厚度传导孔径对太赫兹脉冲的时空整形

太赫兹脉冲经时空整形后常被用在太赫兹光谱和成像上。用三维时域有限差分法模拟了矩形和圆形孔径的整形效应,模拟结果表明有限厚度矩形和圆形孔径对太赫兹脉冲能实现有效的整形和滤波。当矩形孔径长边垂直于入射波的偏振方向时,矩形孔径有较好的整形和滤波作用,当矩形孔径长边平行于入射波的偏振方向时,几乎没有明显的整形和滤波作用。圆形孔径具有比矩形孔径更加显著的整形和滤波作用。这些模拟结果用平面光波导理论可以得到很好的解释。     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。