基于超材料的微波双波段吸收器

基于闭合双环单元结构, 设计、仿真、测试了对偏振无依赖性的双波段超材料吸收器. 实验结果表明, 该设计在频率4.06 GHz和6.66 GHz存在两个显著吸收峰, 吸收率分别为99.60%和95.83%, 并且在入射角达到50°时, 吸收率仍然保持在83%以上. 由于单元结构具有旋转对称性, 使得该吸收器对偏振不敏感, 能同时实现横电波和横磁波的双波段吸收. 吸收频率决定于闭合环大小, 调节闭合环尺寸能够灵活实现特定频率的吸收. 这些优点使我们的设计在多频谱成像、热辐射探测等应用中表现出较大的潜力.     

具备多模式可切换功能的超材料结构

提出了一种新型的多功能超材料滤波器/屏蔽器,其具有双频段极化独立控制、多模式可切换等特点。与传统器件不同的是,所提出的设计能够独立控制横电（TE）或横磁（TM）极化波在不同频段的透射和反射,并且通过设置不同的二极管偏置电压,可以实现4种不同的工作模式。该结构基于等效电路模型,采用多层滤波结构设计,通过在顶层和底层加载PIN二极管实现TE和TM极化波在低频段和高频段的独立控制。在传输模式下,TE和TM波分别在3.6 GHz和4.6 GHz附近得以传输;在屏蔽模式下,该结构可以有效地阻挡入射极化波。每种模式都有非常稳定的工作状态,不会受到其他工作模式的影响。此外,该设计在0°～45°入射范围内具有良好的角度稳定性。这种多模式超材料结构可以应用于天线罩等领域,天线传输信号时能满足对特定极化信号的需求,待机时可以屏蔽信号以减少干扰。     

人工智能超材料

人工智能的发展已经给人类社会的发展带来了极大变革,各种基于人工智能的新应用层出不穷.电磁和光学超材料对电磁波有强大的调控能力,且具有灵活的设计特性,尤其是可编程超材料的实时数字化调控能力,有利于基于人工智能技术的电磁超材料的设计和智能化应用.对超材料的智能化设计、智能化结构和智能化系统进行了阐述,对于人工智能技术与电磁...     

基于双鱼网结构的可见光波段超材料

基于双鱼网左手模型的思想,使用模板辅助化学电沉积的方法制备出不同结构周期的金属银纳米网格,并进一步实现了可见光波段的双鱼网结构超材料.随着结构周期的减小,金属银纳米网格透射通带位置出现蓝移.使用周期为420 nm的金属银纳米网格组装成双鱼网结构,样品在610 nm处出现透射增强及平板聚焦效应.倘若使用结构周期更小的模板,有望实现更短波长,甚至蓝光波段的双鱼网结构超材料. 关键词： 超材料 双鱼网结构 可见光 平板聚焦     

纳米结构超硬材料的机遇与挑战

经过几十年的研究和发展,纳米结构金刚石和立方氮化硼已相继被成功制备,其高硬度和强韧性充分表明纳米力学增强机制是制备超强超硬材料的有效途径。目前纳米结构超硬材料的研究仍处于起步阶段,高温高压相转变的路径与机制、复杂中间相的结构与产生的条件、热力学条件对晶粒生长和微结构(孪晶和堆垛层错等)形成的作用,以及超硬材料的纳米结构对力学性能和强化机制的影响等尚未完全揭示出来。为此,文章对近年来在相关领域的研究进行综述,总结了设计与寻找超硬材料的一般策略与原则,概括了典型的纳米微结构对超硬材料力学与热稳定性的影响,归纳了纳米结构超硬材料的高温高压相变与转化机制,并对当前的研究进展和潜在应用进行了归纳与展望。     

信息超材料研究进展

超材料是物理和信息领域的研究热点之一,本文主要介绍信息超材料的研究进展.不同于传统超材料的等效媒质参数表征,信息超材料由物理单元的数字编码来描述,通过控制不同的编码序列来实时地调控电磁波,进而实现超材料的现场可编程功能.由于在超材料的物理空间上构筑起数字空间,因此可在超材料的物理平台上直接处理数字信息,实现了信息系统微波射频和数字信息处理的统一.本文系统介绍数字编码超材料、现场可编程超材料及信息超材料的基本概念及其调控电磁波的能力.结合其数字表征的特点,重点介绍定量描述信息超材料信息量的信息熵、对波束进行搬移的卷积定理、以及对多个波束进行独立调控的加法定理.最后,展示了基于信息超材料的可编程全息成像、新架构微波成像和无线通信系统,实现了超材料的系统级应用.     

基于科赫分形的新型超材料双频吸收器

本文提出了一种基于科赫(Koch)分形结构的新型超材料双频吸收器,其由二阶科赫分形阵列、介质层和金属背板三部分组成.通过利用分形结构的空间填充性,其单元尺寸在相同吸收频率下相对于具有正方形谐振结构的传统吸收器有近17.5%的尺寸缩减.与传统实现多频工作的组合法、层叠法不同,该型吸收器的双频特性来源于科赫分形曲线在电磁波激励下呈现出的两种不同的谐振模式.而且由于结构上具有旋转对称性,该型吸收器对入射波的极化方向不敏感,在横电波、横磁波大角度入射时仍能保持较高的吸收率.文中采用等效介质理论对该型吸收器进行了分析,测量结果与仿真结果取得了较好的一致性.     

超材料微波磁导率色散行为的电可调控性研究

研究在开口金属谐振环(SRR)结构嵌入一个电容二极管后,通过电压调控二极管的电容使得SRR结构的等效电容值发生改变,能实现对SRR的谐振频率和等效磁导率的调控,从而提出了一种智能的微波磁性超材料结构.采用时域差分有限元法(Finite-Difference Time-Domain)和恢复算法模拟了变容二极管的工作电压变化下,SRR结构谐振频率和磁导率的变化规律.研究结果表明工作电压增大使变容二极管的电容值减小时,将导致SRR结构的谐振频率向低频段移动,其磁导率的共振频率也将向低频移动.最后指出了SRR结构与常规磁性材料(如铁氧体)磁导率色散行为的不同之处. 关键词： 超材料 微波磁导率     

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。     

磁电超材料折射率特性分析

基于麦克斯韦旋度方程, 将磁电超材料板中的电元件和磁元件分别等效为面电流和面磁流, 通过计算这些周期性面电流和面磁流在某个磁电超材料板上产生的总电场和总磁场, 获得了关于面磁流密度和面电流密度的两个方程, 进而推导出了周期性磁电超材料折射率与磁元件的磁导率、 电元件的介电常数和空间色散项之间关系的解析公式. 与传统的折射率计算公式不同, 该解析公式充分考虑到了空间色散以及磁电超材料的电元件和磁元件的相互作用. 折射率理论曲线和基于仿真实验数据的提取值曲线能很好地符合, 这说明文中推导的折射率公式能够正确地描述磁电超材料的负折射特性. 本文的结果将为分析电磁元件之间的相互作用以及设计负折射率符合一定要求的磁电超材料提供重要的理论参考. 关键词： 磁电超材料 周期性结构 负折射率     

A novel structure for broadband left-handed metamaterial

A low absorptivity broadband negative refractive index metamaterial with multi-gap split-ring and metallic cross (MSMC) structure is proposed and investigated numerically and experimentally in the microwave frequency range. From the numerical and experimental results, the effective media parameters were retrieved, which clearly show that there exists a very wide frequency band where the permittivity and permeability are negative. The influence of the structure parameters on the magnetic response and the cut-off frequency of the negative permittivity are studied in detail. This metamaterial would have potential application in designing broadband microwave devices.     

隐声衣结构设计和实验研究新进展

隐声衣是一项使物体隐藏于声场的新技术,与传统吸声方式相比,隐声衣消除回波时不会在目标背后留下声影区。隐声衣的物理实现是重点研究方向之一,利用具有特殊性质的材料或结构消除散射是获得隐声效果的主要途径。文章综述了隐声衣研究在结构设计和实验方面的几项新发展。包括基于超常材料的隐声衣、基于温度递度的隐声衣、应用反演设计方法的隐声衣、有源隐声衣等,主要介绍隐声衣机理和结构设计方面的新思想,以及新型人工材料和人工结构在隐声衣研究中的应用。     

Experimental demonstration of electromagnetic tunneling through an epsilon-near-zero metamaterial at microwave frequencies

Silveirinha and Engheta have recently proposed that electromagnetic waves can tunnel through a material with an electric permittivity (epsilon) near zero (ENZ). An ENZ material of arbitrary geometry can thus serve as a perfect coupler between incoming and outgoing waveguides with identical cross-sectional area, so long as one dimension of the ENZ is electrically small. In this Letter we present an experimental demonstration of microwave tunneling between two planar waveguides separated by a thin ENZ channel. The ENZ channel consists of a planar waveguide in which complementary split ring resonators are patterned on the lower surface. A tunneling passband is found in transmission measurements, while a two-dimensional spatial map of the electric field distribution reveals a uniform phase variation across the channel--both measurements in agreement with theory and numerical simulations.     

A novel structure for a broadband left-handed metamaterial

A low absorptivity broadband negative refractive index metamaterial with a multi-gap split-ring and metallic cross (MSMC) structure is proposed and investigated numerically and experimentally in the microwave frequency range. The effective media parameters were retrieved from the numerical and experimental results, which clearly show that there exists a very wide frequency band where the permittivity and permeability are negative. The influence of the structure parameters on the magnetic response and the cut-off frequency of the negative permittivity are studied in detail. This metamaterial would have potential application in designing broadband microwave devices.     

一种新型异向介质设计及实验验证

本文提出了工作在X波段的单面双S型异向介质结构,在仿真、实验两个方面对这种新型异向介质的异向特性进行了验证.实验和仿真结果均表明,这种新型的异向介质结构在这一工作频率下具有负折射特性.这种新型的异向介质具有两个优势:更加便于制造和便于添加可控器件使单面异向介质成为可控异向介质.     

A flexible metamaterial with negative refractive index at visible wavelength

In this paper, we demonstrated a realization of a flexible metamaterial with negative refractive index operating at visible wavelength. With the help of Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, we could establish design rules for the metamaterial and analyze the characteristics of it. To this end, the fishnet structure with the unit cell size 185 nm by 240 nm was fabricated. Due to the polymer dielectric spacer between the metal-layers, the metamaterial is freestanding without base substrate and additional backside etching process.     

Prediction and experimental measurement of the electromagnetic thrust generated by a microwave thruster system

A microwave thruster system that can convert microwave power directly to thrust without a gas propellant is developed. In the system, a cylindrical tapered resonance cavity and a magnetron microwave source are used respectively as the thruster cavity and the energy source to generate the electromagnetic wave. The wave is radiated into and then reflected from the cavity to form a pure standing wave with non-uniform electromagnetic pressure distribution. Consequently, a net electromagnetic thrust exerted on the axis of the thruster cavity appears, which is demonstrated through theoretical calculation based on the electromagnetic theory. The net electromagnetic thrust is also experimentally measured in the range from 70 mN to 720 mN when the microwave output power is from 80 W to 2500 W.     

A new construction of rational electromagnetic knots

We set up a correspondence between solutions of the Yang–Mills equations on $\mathbb{R}\times S^3$ and in Minkowski spacetime via de Sitter space. Some known Abelian and non-Abelian exact solutions are rederived. For the Maxwell case we present a straightforward algorithm to generate an infinite number of explicit solutions, with fields and potentials in Minkowski coordinates given by rational functions of increasing complexity. We illustrate our method with a nontrivial example.     

支撑介质对平面型电磁带隙结构带隙特性的影响

运用直线法对含有不同参数支撑介质的平面型电磁带隙（EBG）结构进行了分析.概述了算法的实现过程,使用周期边界条件隔离出一个结构单元作为计算区域,并利用直线法得到了位函数在各层介质界面间的传输方程.通过联立场分量与位函数的变换关系和界面处切向场分量的连续性条件,建立了本征方程, 得到了表征该EBG 结构表面波带隙的本征模频带图.同时,使用该方法对含有不同介电常数、不同厚度支撑介质的表面波带隙进行了计算.通过对计算结果的分析,得到了支撑介质对平面型EBG 结构带隙特性影响的六条结论,为平面型EBG 结构的设计 关键词： 超媒质 光子带隙 周期结构 表面波     

水平层状介质中电磁场并矢Green函数的一种快速新算法

本文利用提取直射波并结合自适应数字滤波等技术提出一种计算水平层状介质中电磁场并矢Green函数的快速算法. 首先将谱域Green函数中表征均匀介质作用的直射波提取出来并对其积分进行解析计算,这种处理降低了谱域Green函数的奇异性,可在很大程度上缩短其积分收敛区间. 然后在将谱域Green函数剩余部分对应积分转化为三个快速下降积分的基础上,引入一种自适应数字滤波算法对其进行快速求解. 最后通过具体算例验证了本文所述算法的有效性. 关键词： 并矢Green函数 快速算法 水平层状介质