基于BP神经网络的六边形孔阵耦合截面的预测

孔缝耦合截面作为度量电磁能量经孔缝泄漏强弱的重要参数,一直没有一个普适快速且精度较高的获取方法。针对六边形孔阵归一化耦合截面的获取问题,分析了垂直入射条件下各因素对六边形孔阵耦合截面的影响,选择合适的参数并使用全波分析法共获取13820组耦合截面数据。对部分输入参数进行预处理后输入神经网络进行训练,构建了一个以孔单元电尺寸、行/列数、行/列间距电尺寸、孔壁厚度电尺寸、入射波极化角度等7个参数为输入,归一化耦合截面为输出的BP神经网络模型。该模型在预测电尺寸为[0.1,1.2]时的归一化耦合截面平均相对误差为3.8%。选取未出现在神经网络训练集与测试集中的输入参数,比较全波分析法计算值和神经网络预测值共480组数据,其平均相对误差为7.27%。最后通过实验测量,进一步验证了该模型的普适性和有效性。     

基于传输线原理的混响室散射场场线耦合模型

基于传输线原理,构建了均匀分布在单位球表面的入射波用于模拟混响室内全向辐照的电磁辐照模型,并利用Agrawal散射电压公式计算双导线传输线模型的终端负载响应电流。研究了均匀分布在球面入射波的入射方向、极化方向以及入射波数量对传输线终端响应的影响,并将数值计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果进行对比。结果表明：分布在球面上的电磁波入射角为0~、极化角度为0~时,即可满足响应信号的数值完整性;入射电磁波数量达到100时,能够满足混响室内全向辐照的要求;理论模型计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果吻合较好,该模型可以用于混响室内散射场场线耦合规律计算。     

基于传输线原理的混响室散射场场线耦合模型

基于传输线原理,构建了均匀分布在单位球表面的入射波用于模拟混响室内"全向辐照"的电磁辐照模型,并利用Agrawal散射电压公式计算双导线传输线模型的终端负载响应电流。研究了均匀分布在球面入射波的入射方向、极化方向以及入射波数量对传输线终端响应的影响,并将数值计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果进行对比。结果表明:分布在球面上的电磁波入射角为0~π、极化角度为0~π时,即可满足响应信号的数值完整性;入射电磁波数量达到100时,能够满足混响室内"全向辐照"的要求;理论模型计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果吻合较好,该模型可以用于混响室内散射场场线耦合规律计算。     

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。     

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。     

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。     

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。     

平面波照射下无限大导体板上周期孔阵屏蔽效能的解析研究

本文针对平面电磁波对无限大导体平板上周期孔阵的透射问题,首先用Bethe小孔理论将孔阵表示成偶极子阵列,然后用平均化处理得到均匀的等效磁化/极化强度,进而引入等效面源导出透射电磁波表达式,最终给出了孔阵对平面电磁波屏蔽效能的解析公式.该公式分别针对横电和横磁两种极化方式,将屏蔽效能表示成孔阵周期面积、孔的极化系数、波长和入射角的简单函数,其计算结果与全波仿真结果一致性好.结果表明,透射场强的幅值与孔极化系数和波频率成正比,与周期面积成反比;在横电极化方式,波频率和周期面积不变的情况下,透射场强的幅值与入射角的余弦值成正比,入射角越大屏蔽效能越高;在横磁极化方式下,透射场强幅值与入射角的关系相对复杂,但在入射角较小时与入射角的余弦值近似成反比,总体上入射角越大屏蔽效果越低.     

平面波照射下开孔矩形腔体的电磁耦合与屏蔽效能研究

基于Bethe小孔耦合理论和腔内电磁场的本征模展开, 建立了平面波照射下开孔矩形腔体电磁场分布的近似解析模型. 该模型物理意义清晰, 可以考虑开孔的形状、 尺寸、 个数及位置和入射波的传播与极化方向等参数的影响. 该模型的计算结果优于传统的等效电路方法, 与实验结果的一致性更好. 计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律, 所得结果对电磁屏蔽腔体的设计有指导意义.     

超宽谱电磁脉冲孔缝耦合实验研究

建立了一种研究超宽谱电磁脉冲孔缝耦合特性的实验方法和实验装置,并对不同辐照脉宽、不同口径和不同深度的圆孔的耦合场进行了测量,该方法在一定的时间窗口内避开了反射场和散射场对耦合场的影响。实验结果表明：相同入射场幅值条件下,耦合场的幅值随着脉冲宽度和孔深的增加而减小,随着孔径的增大而增大。     

微波脉冲与圆柱腔体耦合的时域有限差分模拟

给出了微波脉冲与腔体上孔洞线性耦合的物理模型,讨论了数值模拟的时域有限差分方法以及吸收边界条件,计算了不同大小和位置孔洞的耦合过程,分析了耦合对孔洞大小和入射场偏振方向的依赖关系.     

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。     

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。     

孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析模型

基于Robinson等效电路法,提出了一种电磁拓扑模型,用于任意平面波入射条件下的孔缝箱体屏蔽效能分析。该模型将孔缝及其所在平面等效为连接自由空间(等效为特性阻抗为Z0的传输线)和剩余箱体(等效为特性阻抗为Zg的短路矩形波导)的二端口网络,并通过等效电路模型计算了该二端口网络的散射矩阵,进而推导出描述孔缝耦合的广义BLT(Baum-Liu-Tesche)方程。设计了4组实验模型用于电磁拓扑理论(EMT)算法、Robinson算法和CST软件的对比分析,仿真结果证明:EMT算法较Robinson算法具有更高的准确率,尤其是在高频域;EMT算法继承了Robinson算法简洁高效的特性,且能直观反映箱体参数、孔逢参数对屏蔽系数的影响,较CST软件实用性更强。     

孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析模型

基于Robinson等效电路法,提出了一种电磁拓扑模型,用于任意平面波入射条件下的孔缝箱体屏蔽效能分析。该模型将孔缝及其所在平面等效为连接自由空间(等效为特性阻抗为Z0的传输线)和剩余箱体(等效为特性阻抗为Zg的短路矩形波导)的二端口网络,并通过等效电路模型计算了该二端口网络的散射矩阵,进而推导出描述孔缝耦合的广义BLT(Baum-Liu-Tesche)方程。设计了4组实验模型用于电磁拓扑理论(EMT)算法、Robinson算法和CST软件的对比分析,仿真结果证明：EMT算法较Robinson算法具有更高的准确率,尤其是在高频域;EMT算法继承了Robinson算法简洁高效的特性,且能直观反映箱体参数、孔逢参数对屏蔽系数的影响,较CST软件实用性更强。     

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.     

Influence of vertex angles on the extraordinary optical transmission characteristics of triangular and bow-tie-shaped apertures

The influence of vertex angles on the extraordinary optical transmission (EOT) characteristics of isosceles triangular apertures is numerically investigated with a three-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) method. It has been found that the resonant peak characteristics are dependent on the vertex angles of triangular aperture (TA) and the polarized directions of incident light. The resonant peak amplitude is dramatically decreased, when the vertex angle is increased. A blue-shift/red-shift phenomenon is observed in both of the two cases. Detailed studies indicate that the transmission peak characteristics are due to the effects of localized surface plasmon modes excited along the sidewalls and Fabry–Pérot-like resonance. The EOT performance of TA arrays is compared with that of the rectangular aperture arrays. In addition, a bow-tie-shaped aperture (BTA) can be recognized as two overlapped TAs. The EOT properties of BTA with varying bow angles are also studied and analyzed.