栅极天线和NMOS耦合的CMOS太赫兹热探测器的设计与测试

设计了一种在室温工作的太赫兹热探测器.探测器由片上天线和温度传感器耦合而成.天线由NMOS温度传感器的栅极组成,吸收入射的太赫兹波将其转化为焦耳热,生成的热量引起的温度变化由温度传感器探测.整个探测器的探测过程分为电磁辐射吸收、波-热转换、热-电转换三个过程,并分别进行了建模分析,仿真得到天线吸收率为0.897,热转换效率为165K/W,热电转换效率为1.77mV/K.探测器基于CMOS 0.18μm工艺设计,工艺处理后将硅衬底打薄至300μm.探测器在3THz太赫兹环境下,入射功率为1mW时,电压响应率仿真值为262mV/W,测试值为148.83mV/W.     

相控阵超声检测成像技术在耐张线夹压接质量检测的应用研究

“三跨”线路耐张线夹压接质量影响着电网运行安全，目前耐张线夹压接质量检测均存在一定的局限性，提出了基于相控阵超声检测技术的耐张线夹检测方法。首先对耐张线夹相控阵超声检测图谱进行了信号分析，证明相控阵超声成像技术可直观有效地检测耐张线夹漏压和欠压等压接质量缺陷。此外，为提高相控阵超声检测成像质量，分析成像影响因素，采用控制变量法研究线阵探头频率、孔径和焦距对耐张线夹相控阵检测成像的影响规律。研究发现：低频探头检测时耐张线夹检测信号会发生重叠，探头频率增大时，分辨力提高，但声波衰减增大，频率选择时要综合考虑对分辨力和灵敏度的影响；随探头孔径的增大，近场区长度增加，系统分辨力和灵敏度提高，但孔径增加受到工件外形尺寸的限制，一般选择孔径时应保证铝中的近场区长度不小于铝套管厚度和单根铝导线直径之和；聚焦区域的成像质量明显优于非聚焦区域，孔径变小时，焦点位置对检测结果的影响增大，检测时将焦距设置为铝套管厚度时检测成像效果最佳。研究结果对于相控阵超声成像在耐张线夹压接质量检测上的工程应用具有重要的参考价值。     

基于DIS数字信息化系统对透光物质透光性能的研究

采用DIS数字信息化系统,对不同浓度的蓝墨水溶液在激光光源照射下的透射平均照度及照度分布图像进行实验研究,得到了平均照度值随溶液浓度变化的规律。对不同颜色塑料膜片对白炽灯光源透过照度值及照度分布图像进行实验研究得到及其相关之规律。     

超越SNOM探针通光孔径尺寸的金属纳米间隙超分辨测量

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线,实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量,对于100nm通光孔径的探针,可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果,表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面等离激元的激发.     

具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出天线

提出了一款具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出(UWB MIMO)天线。该天线由两个相同的半切超宽带天线单元倒置构成。通过在天线底板刻蚀栅栏型缺陷地解耦结构,使该MIMO天线的隔离度提高至25 dB。此外,在天线半圆形辐射贴片上刻蚀两个方向相反的"L"型缝隙,实现了双陷波的功能,分别抑制了802.16无线城域网WiMAX(3.2~3.7 GHz)和WLAN(5.15~5.85 GHz)信号对天线系统的干扰。实验结果表明,该天线在3~11 GHz工作带宽内的隔离度大于25 dB,包络相关系数(ECC)小于0.004;第一个陷波频段为3.0~3.7 GHz,第二个陷波频段为5.1~5.85 GHz,有效抑制了WiMAX和WLAN的信号干扰。     

光电导天线太赫兹辐射峰值调控研究

针对微结构光电导天线与飞秒激光之间相互作用效应以及辐射太赫兹波调控问题进行了研究。采用德鲁德-洛伦兹理论模型获得微结构光电导天线辐射光电流密度,通过时域有限差分把光电流密度迭代在激励网格上,结合麦克斯韦方程求解时变电磁场,并通过传输线格林函数获得多层介质近场到远场的辐射太赫兹波,建立了辐射光电流与辐射阻抗、电磁共振模式之间的关系模型,模拟仿真分析了微结构S型光电导天线太赫兹波辐射调控机理。研究结果表明:微结构改变了天线等效模型的辐射阻抗;同时得知耦合系数不为零时存在耦合作用,且随着耦合系数增大共振频率峰值发生辐射增强和位移;并通过设计S型光电导天线获得辐射峰值频率调整范围为0.50~0.80 THz之间,对比工形天线辐射峰值频率由原来的0.40 T移动到0.76 T,频率调整度75%,峰值辐射效率约提高70%。该研究工作为后续高功率光导天线太赫兹波辐射的共振中心频点以及结构设计奠定重要基础。     

高频电磁干扰对传输线耦合全波建模方法

对于场线耦合问题,经典传输线理论不适用于求解高频电磁干扰辐照下传输线负载上的电压和电流响应。针对这一问题,首先介绍了一种基于天线理论和模拟行为建模（ABM）的时域全波建模方法。该方法利用Harrington矩量法将电流积分方程离散并推导得到宏模型时域表达式,然后利用ABM频域功能实现频变参数的傅里叶逆变换和时域卷积计算。利用电路求解器,该建模方法可直接求解任意结构传输线耦合的负载处瞬态响应;与传统全波算法相比,模型一旦建立便可应用于任意入射场和线性/非线性负载的情况,无需重复耗时地求解电流积分方程。该方法可简化全波算法求解过程,提高仿真计算效率,尤其便于在入射场和负载存在不确定参数时进行高效重复抽样计算以获得统计特性。然后以高频电磁干扰耦合有损大地上的双导体传输线为例,通过与数值电磁代码和传统传输线理论方法的求解结果对比,验证了所提宏模型的有效性以及传输线理论在解决场线耦合问题时的局限性。结果表明,基于全波方法构建的宏模型可在时域内高效准确地求解高频电磁干扰辐照下任意形状传输线负载上的瞬态响应。     

适用于高强度辐射场构建的多模反射面天线

高强度辐射场构建系统是对多种武器进行电磁辐照效应试验的关键装备,其要求在距天线一定距离的区域内产生高强度且尽量均匀分布的电磁场。本文设计了一款适用于该系统的X波段偏置卡塞格伦多模反射面天线。用反射面天线是为了获得尽可能高的增益,使期望区域内的场强尽可能大;用多模反射面理论实现了窄波束的平顶赋形,使期望区域内的场趋于均匀分布,区域外的场迅速减小。实测结果表明天线增益大于29.8 dB,3 dB波束宽度不小于4.6°,在此范围内方向图幅度起伏小于2 dB,平顶特性明显。此外,偏置的反射面天线还有馈源遮挡小、馈线损耗低和易于折叠收藏等优点,可以很好的应用于电磁环境模拟试验设备中。     

有源相控阵天线阵面冷板设计与优化

针对有源相控阵天线阵面散热问题,设计了一种冷板作为热沉、子阵外壳为均温板的散热结构,通过热仿真分析和试验测试该冷板的散热性能,在此基础上对冷板结构进行优化,采取冷板作为流量分配网络、子阵盲配通液的散热结构改善散热性能,结果表明,优化后散热结构相对原散热结构的冷板散热性能有较大提升,子阵外壳与冷板的温度和温差有较大改善,为冷板的结构设计提供一定的参考意义。     

探究滑轮组机械效率实验装置的创新设计

利用ESP32自制力传感器,将装有绕线轮的电动机固定在力传感器上,匀速提升物体时可直接测量拉力,借助亚克力板上的刻度线记录重物与自由端移动的距离.分别改变物重、动滑轮重、摩擦情况和滑轮组的绕线方式,探究了提升滑轮组机械效率的方式.该实验能够充分发挥课程的实践性,提高学生分析问题和解决问题的能力,促进学生深度学习,有效培养学生的学科核心素养.