复合振子天线阵列的数值模拟

 用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率,给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明：这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。     

脉冲天线阵列时域辐射场快速计算的简化方法

采用有源单元方向图思想，在考虑互耦情况下，将大型脉冲阵列天线各单元的时域方向图用相似环境下小型阵列的有源单元方向图来等效，进而叠加计算辐射总场。以此为基础，结合时域辐射原理改进了上述方法。通过公式推导得出:一个大型线阵或大型平面阵的时域辐射场可分别通过两个小型线阵或四个小型平面阵的时域辐射总场计算得到，避免了传统方法中小阵有源单元方向图逐元提取的繁琐操作。采用上述方法分别计算了一个13元线阵和一个1113元平面阵列，计算结果与软件仿真结果吻合良好，与传统的小阵外推方法相比，直线阵列和平面阵列的计算量分别减少了56.8%和81.17%。     

基于互耦补偿策略的IFFT算法及其应用

介绍了一种基于互耦补偿矩阵(MCCM)的迭代快速傅里叶变换(IFFT)技术,并将其应用于宽角度扫描相控阵的低旁瓣综合中。首先,在所提出的综合方法中,将互耦补偿矩阵引入到IFFT技术中以考虑阵元间的互耦效应,使考虑互耦的阵列远场重新满足方向图乘积原理。然后,提出了一款基片集成波导背腔结构的宽波束天线单元,该天线能够同时激励起TE110与TE210两种模式从而展宽其工作频带且具有宽波束性能,并且基于此单元分别建立了阵元数为35,75,100的宽角度扫描相控阵天线。最后,利用所提出的IFFT技术对这三个相控阵进行低旁瓣综合。与基于有源单元方向图遗传算法的对比结果表明,在-60°到60°的扫描范围内均能实现低旁瓣电平,并且IFFT优化算法具有更快的速度。     

一种基于油介质开关振荡器的紧凑宽带高功率微波源

紧凑宽带高功率微波源研制过程中，为了提高工作电压，开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段，采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后，对该宽带高功率微波源进行了实验研究，并对辐射场进行了测量。结果表明:开关振荡器的工作电压超过300 kV，辐射场rE值(距离和辐射电场峰值的乘积)达到125 kV；辐射场中心振荡频率为375 MHz，3 dB带宽为24%。     

一种基于油介质开关振荡器的紧凑宽带高功率微波源（英文）

紧凑宽带高功率微波源研制过程中,为了提高工作电压,开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段,采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后,对该宽带高功率微波源进行了实验研究,并对辐射场进行了测量。结果表明:开关振荡器的工作电压超过300kV,辐射场rE值(距离和辐射电场峰值的乘积)达到125kV;辐射场中心振荡频率为375MHz,3dB带宽为24%。     

电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS阵列

提出一种电磁超构表面与天线一体化设计以实现低散射阵列的新方法.该方法利用传输线将超构表面部分单元串联,并采用同轴馈电激励,以此得到新型天线阵列,该阵列的辐射性能和传统阵列几乎相同;当外来雷达波照射该阵列时,利用超构表面和其周围天线结构散射场的差异,将能量在空间重新分配,从而实现天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩.基于该方法,以2 × 1阵列为例,构建了天线模型,数值分析了其性能,验证了该阵列的良好辐射和低RCS特征,并详细阐述了天线的工作机理,进一步的分析还揭示了超构表面结构对天线辐射和散射性能的影响规律.遵循该规律,可以灵活设计满足需求的天线阵列.该方法不仅简单易行、集成度高,还可以拓展至更大规模的阵列天线设计.     

复合振子天线辐射特性的数值模拟

 讨论了由电单极子和磁振子组合而成的复合振子天线结构和工作原理,用时域有限差分方法模拟了天线的辐射特性,计算了天线从同轴线的馈电效率,对于单极脉冲和双极脉冲馈源,馈电效率分别为65%和81%。给出了天线的电压驻波比、辐射近场和远场、能量方向图等。模拟结果表明：在H面内辐射方向图是轴线对称的,其形状是心型;在E面内,方向图关于轴线不对称,辐射最大值方向向上偏离大约15°。这种天线具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲辐射的天线阵列的应用。     

大型平面阵列天线辐射方向图的小阵外推计算和综合方法

基于子阵思想,小型阵列的单元辐射场等效大型阵列中相似环境下单元的辐射场,利用叠加定理计算大型阵的总辐射场.基于此方法和平面阵的辐射机理,提出运用小型直线阵外推计算大型平面阵辐射场的方法.有效地减小了计算量.利用此方法结合遗传算法通过优化单元的馈电幅度,综合了10×10元低副瓣微带贴片平面阵列天线,结果与HFSS仿真结果吻合良好.     

短螺旋-圆锥喇叭天线设计与分析

分析设计了一种适用于高功率阵列天线辐射单元的短螺旋-圆锥喇叭天线.数值模拟分析了不同单元间距下的短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦大小,并与短螺旋天线的互耦大小进行比较,结果表明:当单元间距等于0.9λ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦与短螺旋天线相当;当单元间距小于0.9γ时,短螺旋-圆锥喇叭天线的互耦比短螺旋天线略大;而当单元...     

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     

亚波长间距理想导体球阵列近区时间反演电磁场的快速求解

为快速求解亚波长间距分布的理想导体球阵列近区的时间反演电磁场,提出一种基于等效偶极子模型的解析分析方法.首先,通过分析球面波照射理想导体小球的散射场解析解发现,散射场可以近似等效为电磁偶极子辐射场的叠加.等效偶极子的强度与初始激励源的幅度成正比关系.通过建立不同小球等效偶极子矢量间的耦合方程组可以直接求解得到相应矢量的大小.然后,结合时间反演腔理论得到相应的时间反演并矢格林函数,继而得到小球阵列近区的时间反演场分布.最后,通过与数值仿真软件的计算结果进行对比,验证了方法的正确性及高效性.研究表明,时间反演技术结合近场亚波长间距小散射体加载能够实现超分辨率的场聚焦.     

Radiation Properties of Carbon Nanotubes Antenna at Terahertz/Infrared Range

The geometric structure and the terahertz/infrared radiation characteristics of carbon nanotubes dipole antenna arrays have been investigated by CST MICROWAVE STUDIO based on finite integral methods. In terahertz and infrared frequency span, the antenna properties such as electrical field distributions, scattering parameters, standing wave ratio, gain, and two dimension directivity patterns are discussed. Our results show that N × N antenna arrays have higher radiation efficiency than single carbon nanotube dipole antenna. This work was supported by National Natural Science Foundation of China (60571026, 10396160).     

Three-dimensional focus engineering using dipole array radiation pattern

A systematic three-dimensional focus engineering method based on the dipole-array radiation pattern is proposed. High numerical aperture focusing of generalized cylindrical vector beam is interpreted as the reversing of the radiation from electrically small dipole arrays. Required pupil plane illumination can be found for the desired focal field with specific characteristics. Magnetic-dipole array radiation is utilized to create ultra-long (~ 8λ) diffraction limited three-dimensional optical tube with maximal uniformity. Combined with a recently reported optical needle field generation with the help of electric dipole array radiation, ultra-long (~ 8λ) three-dimensional flattop focus that has top hat profiles in both transversal and longitudinal directions can be realized with the help of radiations pattern from co-located magnetic and electric dipole arrays.     

The transient scattering mechanism of dipole array with reflector

The transient backscattering mechanisms of a dipole array with reflector have been investigated from different aspects： time-domain, frequency-domain, and combined time-frequency domain, using 4 × 8 dipole arrays with reflector as an example. The data of scattering from the arrays under the incidence of Gaussian pulses are obtained by finite differential time domain method. The influences of the array structural parameters, incident wave parameters, and incident angles on the waveforms, spectrum, and time-frequency representations of the backscattered fields of the arrays are analysed and conclusions are drawn. From these characteristics and conclusions, it is possible to deduce the array structure inversely from the backscattered field.     

Transient fields of linear antenna arrays

An approximate analytical method is presented, which allows calculation of the transient field strength of linear antenna arrays. The detailed investigation of a logarithmicperiodic dipole antenna on the base of different degrees of approximation shows the separate influence of the element radii and the transient mutual coupling between neighbouring elements. For a better physical understanding of its transient radiation process the cylindrical linear antenna when excited by a step-function with finite rise time is discussed in detail presenting an extension of a recently published approximate version of the Singularity Expansion Method to nonzero center-loading. Dedicated to Professor H. Lueg (RWTH Aachen) on the occasion of his 65th birthday (30 April 1979)     

Using Helmholtz resonator arrays to improve dipole transmission efficiency in waveguide

It is well known that the radiation efficiency of an acoustic dipole is very low, increasing the radiation efficiency of an acoustic dipole is a difficult task, especially in an ordinary waveguide.In addition, current acoustic superlenses all utilize in-phase sources to do the super-resolution imaging, it is almost impossible to realize super-resolution imaging of an acoustic dipole.In this paper, after using the Helmholtz resonator arrays(HRAs) which are placed at the upper and lower surfaces of the waveguide, we observe a large dipole radiation efficiency at the certain frequency, which gives a method to observe an acoustic dipole in the far field and offers a novel model which is promising to realize the superlens with a source of an acoustic dipole.We discuss how the arrangement of HRAs affects the transmission of the acoustic dipole.     

基于有限元法的光子并矢格林函数重整化及其在自发辐射率和能级移动研究中的应用

任意微纳结构中量子点的自发辐射率和能级移动均可用并矢格林函数表达.当源点和场点在同一位置时,格林函数的实部是发散的.为解决这一发散问题,可采用重整化格林函数方法.本文提出一种计算重整化格林函数和散射格林函数的方法.该方法利用有限元,计算点电偶极子的辐射场,将其在量子点体积内做平均得到重整化的并矢格林函数,减去均匀空间中解析的重整化格林函数,得到重整化的散射格林函数.在均匀空间情况下,本方法所得数值结果与解析解一致.将该方法应用到银纳米球系统,以解析的散射格林函数作为参考,结果表明该方法能准确处理散射格林函数的重整化问题.将该方法应用到表面等离激元纳米腔中,发现有极大的自发辐射增强和能级移动,且该结果不依赖于量子点的体积.这些研究在光与物质相互作用领域具有积极的意义.     

利用Ag@SiO_2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究

金属纳米粒子利用其局域表面等离子体共振效应(LSPR),可以增强附近荧光分子的自发辐射速率,因而在光学传感、光电器件等领域中具有潜在的应用价值.金属纳米粒子的LSPR与其自身的材料、形状、尺寸以及周围环境介质密切相关,这影响着纳米粒子在具体器件中的应用.本文利用三维时域有限差分法,研究了相同体积的球形、椭球形、立方形与三棱柱形银纳米粒子对薄膜发光二极管辐射功率的影响;计算了不同形状银纳米粒子对偶极子光源辐射功率和薄膜器件光出射强度的增强,并结合LSPR效应讨论了辐射功率变化的物理机理.研究结果表明:银纳米粒子自身形状尖锐程度的增加有利于提高LSPR的共振强度;同时纳米粒子的形状影响了LSPR共振电场与薄膜器件中偶极子辐射电场之间的耦合作用,其中立方形纳米粒子因为能实现最强的耦合作用而对器件的辐射功率增强最大.在此基础上进一步讨论了不同薄膜材料对LSPR共振及光源辐射功率的影响,发现较高的材料折射率有利于增强金属纳米粒子的LSPR与器件的耦合作用,从而改善发光二极管性能.     

介质球的各向异性瑞利散射

基于电磁场的多尺度理论,研究了各向异性介质球内、外电场的规律,导出了各向异性目标散射场的表达式,得到了各向异性介质目标散射振幅、散射截面等的解析表达式,并对其正确性进行了检验.仿真结果表明:各向异性介质球的散射具有偶极辐射的特点,介电常量越大,产生的偶极矩也愈大,散射也越强.其结果可为各向异性目标监测、各向异性光散射研究等提供理论支持.     

Acoustic radiation force analysis using finite difference time domain method

Acoustic radiation force exerted by standing waves on particles is analyzed using a finite difference time domain Lagrangian method. This method allows the acoustic radiation force to be obtained directly from the solution of nonlinear fluid equations, without any assumptions on size or geometry of the particles, boundary conditions, or acoustic field amplitude. The model converges to analytical results in the limit of small particle radii and low field amplitudes, where assumptions within the analytical models apply. Good agreement with analytical and numerical models based on solutions of linear scattering problems is observed for compressible particles, whereas some disagreement is detected when the compressibility of the particles decreases.