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。     

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.     

超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

为了解孔缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响,应用时域有限差分法对长方腔体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mm量级的微小孔缝为研究对象,分析不同入射角度、不同脉宽的激励源对耦合效应的影响,得到了孔腔共振效应、孔缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表明：长方孔在孔缝附近存在明显的增强效应,超宽带脉冲对正三角孔和方阵的耦合系数最小,脉宽短的入射脉冲耦合效应明显强于脉宽长的脉冲,耦合效应基本随入射角的减小而缓慢减小。     

微波孔缝线性耦合函数研究

 讨论了微波脉冲通过孔缝线性耦合进入腔体内的研究方法。给出了线性耦合的物理基础,定义了耦合函数，并导出了耦合函数随入射电场极化方向变化的公式。简要描述了数值求解孔缝线性耦合的时域有限差分方法以及修正算法。给出了以矢量网络分析仪HP8510C为主要设备测量耦合函数的实验方法。通过耦合函数的研究，观察到了共振效应和增强效应等现象，给出了微波孔缝耦合发生共振的普适公式。分析了测量探头对耦合函数测量的影响，验证了耦合函数随入射电场方向变化的公式。理论、数值和实验结果符合得较好。     

微波孔缝线性耦合函数研究

讨论了微波脉冲通过孔缝线性耦合进入腔体内的研究方法。给出了线性耦合的物理基础,定义了耦合函数，并导出了耦合函数随入射电场极化方向变化的公式。简要描述了数值求解孔缝线性耦合的时域有限差分方法以及修正算法。给出了以矢量网络分析仪HP8510C为主要设备测量耦合函数的实验方法。通过耦合函数的研究，观察到了共振效应和增强效应等现象，给出了微波孔缝耦合发生共振的普适公式。分析了测量探头对耦合函数测量的影响，验证了耦合函数随入射电场方向变化的公式。理论、数值和实验结果符合得较好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

电磁脉冲与窄缝腔体耦合共振特性分析

 应用时域有限差分法模拟计算了电磁脉冲对窄缝和窄缝腔体的线性耦合过程。通过定义能量耦合传输系数，分析耦合能量随窄缝宽度和厚度及时间的变化关系，得出在正弦波调制的高斯脉冲源激励下，窄缝和窄缝腔体的耦合共振特性。     

Enhanced coupling of subterahertz radiation with semiconductor periodic slot arrays

In this work, a theoretical study of the coupling of TM polarized subterahertz (THz) radiation with periodic semiconductor rectangular slot arrays was conducted, using InSb as an example. Simulation results showed that the structure with 4-12 microm thickness provides over a 20-30-fold increase in the electric field at slot edges in a nanosize region ( approximately 500 nm). The enhancement of the THz electromagnetic field extends across the slots and reaches peak values at the edges due to discontinuity effects. Because of the strong local electromagnetic field enhancement, the structure can potentially be used for the development of novel biophotonic sensors, leading to improved detection sensitivity.