有耗异向介质层覆盖普通介质圆柱电磁特性的研究

研究了线电流源平行放置在有耗异向介质层覆盖的无限长介质圆柱附近模型的电磁特性.首先,提出电磁模型并给出此电磁模型的精确解.其次,利用精确解进行数值计算,得到不同电磁参数情况下该电磁模型的近场分布图形,并通过方向性系数和归一化辐射阻抗研究其远场特性.由于有耗异向介质的负折射特性和损耗的同时作用,相比于无耗异向介质层以及有耗普通介质层,得到了有耗异向介质层覆盖普通介质圆柱模型在近场和远场特性上极为不同的电磁特性. 关键词： 线电流源 异向介质 方向性系数 辐射阻抗     

线电流源激励下正多边形双负介质柱的聚焦特性

 利用时域有限差分法分别分析了线电流源激励下,正三角形、正四边形和正六边形双负介质柱的近场分布。发现对于介电常数和磁导率都很小且无耗的双负介质柱,当激励位于正多边形顶角角平分线的外延长线上时,在双负介质柱内部不会出现 焦点。将该电磁模型同Arslanagic等人介绍的方法进行了比较,证明了电磁模型的有效性。     

加载异向介质的太赫兹频段高方向性喇叭天线

设计了一款工作在太赫兹波段的类三角形异向介质单元,对传输系数进行处理得到单元的等效介电系数和有效磁导率,数据结果表明该单元在太赫兹波段出现双负频段.通过将该类三角形异向介质应用于太赫兹波段的喇叭天线,利用零折射率特性制作天线填充介质实现电磁波的定向辐射,减小天线的后向波能量损耗,达到提高天线方向性系数和增益的目的.实验结果表明:加载类三角形异向介质单元后的喇叭天线的后向波辐射减弱、前向辐射效率增强,方向性系数提高了46.86,增益提高了2.77dB.     

光波辐射下正多边形异向介质柱聚焦特性分析

基于时域有限差分方法,建立了光波辐射下正三角形、正四边形和正六边形无耗异向介质柱的二维电磁模型.分析了其近场特性,并对模型的有效性进行了验证.仿真结果表明:即便对于εr和μr都很小且无耗的正多边形异向介质柱,当平面光波沿正多边形顶角角平分线方向传播时,在异向介质柱内不会发生电磁聚焦.     

1.7—2.7GHz宽频带小单元异向介质设计及其介质参数提取

提出一种单元电尺寸小、工作频带宽、损耗小、结构简单的异向介质设计方案，在1.7—2.7 GHz上所设计的异向介质结构单元电尺寸小于0.035，相对带宽达到45.5%，在整个工作频带上单个结构单元传输损耗小于0.75 dB.对由上述异向介质单元构成的半无限大异向介质平板的电磁波反射、透射特性进行了数值仿真分析，并提取出了电磁波在该异向介质平板中传播时的波数、相速、折射率以及该异向介质平板的有效介电常数和有效磁导率等一系列电磁特性参数，仿真与计算结果表明复波数的实部、相速以及折射率的实部在1.7—2.7 GHz的范围上为负值，并且在相同频带上，有效介电常数和有效磁导率的实部同时为负值，从而有效地验证了“后向行波效应”、“负折射效应”、“双负效应”等异向介质特有的电磁特性，对上述异向介质的存在性给予有力证明. 关键词： 异向介质 宽频带 小单元 介质参数     

各向异性介质中电偶极子的太赫兹辐射特性

研究了THz波段强降雨环境下电磁源的辐射特性。基于通用的麦克斯韦方程组和解析分析，提出了各向异性介质中的洛仑兹规范，得到了矢量势的非齐次波动方程及矢量势的精确表达式，并证明了它们的有效性。获得了各向异性介质中电偶极子的辐射场，将各向异性介质退化为各向同性时，得到的辐射场与已有资料中的辐射场一致。基于石膏晶体和强降雨介质的各向异性参数，对电偶极子的辐射特性进行了物理模拟和分析，结果发现：介质的各向异性对其中电磁源辐射有着显著的影响，强降雨中电磁源的辐射具有较弱的各向异性。     

旋转运动点声源近场声学频域解

本文在任意运动点源声辐射频域解基础上，得到旋转运动声源近场声学的一个近似解。如果旋转半径相对于场声波是紧致的，此解就可以表示为在远场解基础上叠加三项近场修正项。根据此解，本文得到适合于近场的自由空间Ｇｒｅｅｎ函数，由此讨论了声源旋转导致的声场方向性特征，研究了声源位置及源频率以及旋转频率等对近场声学结构的影响。     

合成近场校准基阵的方法研究

本文利用单根的束控线阵来构造一个虚拟近场校准基阵,使换能器能在它的近场直接测量辐射声场特性。通过利用改进的矩阵稳定技术,解决了求解束控线阵的束控系数时最小二乘解的稳定性和实用性问题。借助计算机仿真,研究了特定线阵条件下,合成近场测量基阵（Ｓ－ＮＦＣＡ）的近场空间的平面波均匀性与线阵间的间距、线阵的工作频率之间的关系。并以小球源为阵元合成一虚拟平面ＮＦＣＡ,用它对一平面喇叭换能器的近场测量得到远场指向性,并与远场实测结果比较,得到了相当吻合的结果。     

关于介质吸收与色散的振子特性参数

根据共振模型，讨论影响介质的吸收与色散的振子特性参数，得到关于振子阻尼系数的振子数的解析式。据此，利用介质的吸收谱曲线可以定量计算振子的阻尼系数和振子数，这对研究和改善介质的吸收和色散特性有重要意义。我们已用此方法研究气液浓度的光电特性。     

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.     

Properties of near and far fields for the electric line source illumination of a lossless metamaterial covered conductor cylinder

This work concentrated on an ELS (electric line source) radiating parallel to a lossless metamaterial covered infinitely long conductor cylinder. First, the exact analytical solution of the electromagnetic model is derived. Second, the numerical results based on the solution are given. Under different geometric and electromagnetic parameters, the patterns of the near field are obtained; the directivity and normalized radiation resistance are presented to discuss the properties of the far field. Because of the negative refraction of the metamaterial, it can be seen that there is a distinct “focus” in the metamaterial layer from the near field pattern, which does not exist in conventional material layer. The presented electromagnetic model is compared with the former, simpler model through the directivity and its validity is proven. PACS 78.70.Gq; 81.05.Zx; 84.40.Ba     

Properties of Near and Far Fields for the Electric Line Source Illumination of a Lossy Metamaterial Covered Dielectric Cylinder

The electric field properties of the electric line source radiation in the presence of a lossy metamaterial covered dielectric cylinder are investigated. Firstly, the electromagnetic model configuration is given. The exact solution of the electromagnetic is presented. Secondly, the near field and the far field properties are investigated according to the electromagnetic and geometrical parameters. The different “focus” phenomenon, the directivities and the normalized radiation resistance are discussed and important conclusions are obtained. During all the numerical computation, the lossy conventional material covered dielectric cylinder is utilized as the reference.     

The Property of the Horizontal Dipole Radiating in the Presence of a Single Lossless Metamaterial Sphere

The electric field properties of the horizontal dipole radiation in the presence of a lossless metamaterial sphere are investigated. First, the solution of the electromagnetic field of the model could be obtained. Second, the near field properties are investigated according to the electromagnetic and geometrical parameters. It could be seen that in the metamaterial sphere, the focusing phenomenon is obviously observed. It is in consistent with the analysis. Throughout the article, the conventional sphere is utilized as reference. No focus is observed in the conventional material sphere as it does not have the characteristic of negative refraction.     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

单负材料异质结构中损耗诱导的场局域增强和光学双稳态

光学双稳态的阈值取决于非线性材料中的场局域程度, 场局域越强阈值越低. 而材料的损耗是影响场局域强弱的重要因素. 之前, 人们普遍认为, 增加损耗会削弱场局域, 不利于降低阈值. 本文研究了由磁单负材料和电单负材料组成的异质结构中光学双稳态现象, 发现随着损耗的增大, 其阈值可以呈现先降后升的非单调变化. 进一步研究表明, 异质结构界面处的电磁场强度随着损耗增大呈现先降后升的非单调变化, 即增加损耗也有可能增强场局域. 研究结果揭示了场局域程度与材料损耗之间的非单调依赖关系, 为设计开发非线性功能器件提供了新的思路.     

各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性分析

运用矢量角谱理论研究各向异性超常材料平板透镜的聚焦特性,得到了光束在平板透镜内外各区域的矢量场分布,揭示了超常材料平板透镜的聚焦特性跟材料的各向异性参数之间的定量关系,发现聚焦场的偏振态因平板透镜的各向异性特性而发生改变.作为矢量理论的具体应用,分析了光轴方向磁导率为-1,其他各向异性参数均为1的超常材料平板透镜的聚焦特性,发现此类透镜对初始沿某一横向方向偏振的光束能实现部分聚焦,并发生偏振旋转现象.     

Investigation of resonant modes in thin microcavities by using electromagnetic theory

A biharmonic differential equation for 3D thin microcavities with uniform thickness is investigated by use of electromagnetic theory, whose exact solution is determined to govern the electromagnetic field distribution inside the thin microcavities. The resonant field patterns of a thin microdisk and thin rectangular microcavity are obtained accordingly. The governing equation can be verified by comparing the results of the thin microdisk presented with the approximate ones in the literature. The fourth-order partial differential equation and its exact solution should be useful in possible applications of the thin microcavities for optical resonators in laser optics and optical devices.     

一种基于旋转调谐的超材料

数值仿真研究了一种可调谐的双开口谐振环(DSRR)超材料.在平行入射的电磁波激励下,这种DSRR单元可以在不同的频段分别表现出磁谐振和电谐振.当外加电场E与DSRR的双开口平行时,DSRR受激励得到的磁谐振和电谐振强度最大.随着DSRR超材料沿外加磁场H方向顺时针旋转,其磁谐振和电谐振频率基本保持不变,但谐振强度均发生显著下降,同时对应透射相位的突变也逐渐降低.提出的超材料调谐方法只需要简单地旋转材料,而不需要改变原有超材料单元的结构或者增加额外的激励场,极大地简化了可调谐超材料的制备及应用,在电磁开关、相位调制等方面具有潜在的应用.同时,这种简单的方法有希望应用于更高频段的超材料调谐,可以有效地拓展太赫兹频段和光频段超材料的实际应用.