Lithographic Dipole Antenna Properties at 10 μm Wavelength: Comparison of Method-of-Moments Predictions with Experiment

Dipole antennas designed for operation at 10 m wavelength have been fabricated by optical lithography and their properties measured by detection of CO₂ laser radiation in integrated thin-film bolometers. We find a remarkably strong increase in cross-polarized signal as the antenna linewidth is increased. The measured beam pattern is a saddle point at broadside (local minimum in the H-plane, local maximum in the E-plane) as predicted by standard method-of-moments theory.     

Synthesis of nanometer-scale porphyrin wheels of variable size

Starting from 1,3-phenylene linked diporphyrin zinc(II) complex 2ZA, repeated stepwise Ag I-promoted coupling reactions provided linear oligomers from 2nZA up to 128ZA. Of these zigzag shaped porphyrin arrays, the Ag I-promoted intramolecular cyclization reaction of 2 nZA (n=5, 6, 8, 9, 12, and 16) under dilute conditions gave the corresponding cyclic porphyrin wheels C2nZA (n=5, 6, 8, 9, 12, and 16), whereas large arrays 2nZA (n=24, 32, and 48) did not provide cyclic porphyrin products. These large discrete porphyrin arrays and wheels were fully characterized by means of 1H NMR spectroscopy, MALDI-TOF mass spectrometry, UV/Vis absorption spectroscopy, GPC-HPLC analysis, and the scanning tunneling microscopy (STM) technique. The STM images of C12ZA and C18ZA reveal their large circular structures. In the cyclic structures of C2nZA in solution, however, the gradual decrease in fluorescence quantum yields and fluorescence lifetimes are observed, reflecting some conformational heterogeneities. Collectively, the present work provides an important contribution to the construction of fully covalently linked large cyclic arranged porphyrin arrays with ample electronic interactions as a model of light-harvesting antenna.     

Thermochromatium tepidum外周捕光天线蛋白LH2在脂质体及表面活性剂胶束中的光谱性质

采用动态光散射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱和拉曼光谱对比研究了处于表面活性剂胶束和脂质体磷脂双分子层中的Thermochromatium(Tch.)tepidum LH2的光谱响应.结果表明,与在表面活性剂胶束中相比,双分子层脂膜中LH2的Spirilloxanthin(一种含有13个共轭双键的类胡萝卜素)构象有明显差异;表面活性剂及磷脂分子端基的荷电状态对B850-Qy吸收谱有显著影响;Ca2+结合导致B850 Qy吸收谱带红移和增色,而H+结合则使该吸收谱带蓝移和减色.对LH2脱辅基蛋白氨基酸序列的分析结果表明,Ca2+和H+的结合位点可能位于α脱辅基蛋白的C-端一侧.B850 Qy吸收谱带对Ca2+和H+的响应特性可能与Tch.tepidum适应其生存环境的能力有关.     

一种X射线聚焦光学及其在X射线通信中的应用

基于栅控脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信已经实现了实验室语音通信验证,并对通信系统的误码率性能进行了分析,为探索未来X射线深空应用打下了坚实的基础.针对目前X射线通信面临的信号发散角大、通信距离短、难以实现工程化应用的情况,迫切需要对X射线通信天线系统进行深入研究.为了提高信号增益、增大X射线通信的距离,提出了多层嵌套式X射线聚焦光学作为X射线通信的"收发天线",理论分析了X射线聚焦光学用于X射线通信"收发天线"的可行性,分析了X射线聚焦光学的理论基础与结构设计,对"发射天线"发散角、"接收天线"有效面积与焦斑尺寸、信号增益等性能做了探讨.结果表明:在信号发射端,"天线"的发散角为3 mrad左右,发射增益23 d B;在信号接收端,"接收天线"的有效面积5700 mm2@1.5 keV,焦斑直径为4.5 mm,接收增益为25 d B,通信系统总的增益可达48 d B.     

用平行板天线测量有界波电磁脉冲模拟器地面场

 提出一种有界波电磁脉冲（EMP）模拟器地面场的测量方法。它具有简便、无源、不受输入电压限制、频带宽的特点。特别适用于比较复杂的电磁环境中电场的测试,可实现信号大幅度传输,能有效地提高测试系统的信噪比。     

1GW超宽带单周期脉冲辐射源实验研究

 利用600kV铁芯充电脉冲变压器和压缩开关,作为初级脉冲功率系统和亚纳秒单开关技术,产生了峰值功率1.6GW、脉冲全底宽5.5ns的单周期脉冲,可在高于20Hz重复 频率下稳定运行。设计了同轴双锥天线,辐射功率大于500MW。初步掌握了产生和辐射高峰值功率超宽带脉冲的绝缘和能量损耗,特别是50Ω超宽带负载设计等技术难题。     

改进型COBRA透镜天线的设计

 设计了X波段COBRA透镜型天线,利用电磁波在不同介质传播速度的差异,通过放置于圆锥喇叭口径处不同厚度的介质透镜改变TM₀₁模不同扇区的相位,从而改变TM₀₁模在普通喇叭口径处的轴对称分布,将轴对称的口径场分布转换为线对称,进而实现线极化或圆极化的轴向辐射。通过添加匹配介质,减小介质对微波的反射和驻波特性的影响;延伸喇叭到透镜边缘,使移相过程在波导内完成,有效地控制了电磁场模式。天线增益在中心工作频率为9.3 GHz时为19 dB,口径效率25%,辐射效率大于90%,反射系数小于1.3,轴比小于2 dB, 3 dB相对带宽大于30%,几乎可以覆盖整个X波段。     

太赫兹片上系统中低温砷化镓薄膜光电导天线的研究

太赫兹时域光谱技术是一种在太赫兹频段内,广泛应用的光谱测量技术。这种技术可以用于许多物质的频谱分析,对于研究化学、半导体与生物分子等领域有着无可比拟的作用。然而用该系统进行样品探测时,受回波的影响频谱分辨率较低;受太赫兹波光斑大小以及待测样品与电磁波相互作用距离长短的影响,样品消耗量较多,并且整个系统的占用空间较大,这些局限性都限制了太赫兹时域光谱系统的进一步发展。为了突破太赫兹时域光谱系统的局限性,设计了一种将太赫兹泵浦区、探测区和传输波导集成到一个硅片上的太赫兹片上系统,该系统不仅能够解决上述系统的局限性,还能够省去样品测量前的光路准直环节,使样品的测量过程更加简便,同时集成化的系统也很大程度上提高了太赫兹波传输的稳定性。在太赫兹片上系统中,泵浦区和探测区的光电导天线是由低温砷化镓和金属电极制成,由于受到太赫兹片上系统的高度集成化和低温砷化镓晶体生长条件的限制,如何制备出低温砷化镓半导体薄膜衬底,并将其转移与键合,是太赫兹片上系统研制过程中的关键环节。首先利用分子束外延（MBE）技术制备出由半绝缘砷化镓、砷化镓缓冲层、砷化铝牺牲层和低温砷化镓层构成的外延片,然后利用盐酸溶液与砷化铝和低温砷化镓反应速度差别较大的原理,将200 nm厚的AlAs牺牲层腐蚀掉,从而得到2 μm厚的低温砷化镓薄膜。为了更加高效并且完整地得到低温砷化镓薄膜,研究了盐酸溶液在不同温度和不同浓度下与AlAs牺牲层的选择性腐蚀速率的关系。给出了低温砷化镓薄膜制备过程中盐酸的最佳体积比浓度和最佳温度,即在73 ℃下13.57%的盐酸溶液中进行砷化铝牺牲层的腐蚀。相比于已有工艺,这种腐蚀方法对实验设备的要求较低并且具有较高的安全性。最后,将单层低温砷化镓薄膜转移键合至硅片上,并制成光电导天线的结构。利用飞秒激光脉冲进行激发探测到太赫兹信号。由此说明,低温砷化镓薄膜的获取、转移与键合工艺能够满足芯片级太赫兹系统的制作要求,这为太赫兹片上系统的进一步研制打下了坚实的基础。     

多极化MIMO信道特性与天线设计*

多极化MIMO技术在高频谱效率和紧凑型MIMO通信系统中具有较大的应用潜力,其信道特性与天线辐射特性和环境散射特性以及它们之间的相互作用密切相关,目前紧凑型、低耦合的多极化MIMO天线设计仍存在很大挑战。本文简要介绍和总结了多极化MIMO信道建模理论、多极化天线实现方式和信道特性测量实验等,并指出存在的一些问题和未来的研究方向。     

基于随机场照射的最优微波成像

近年来,电磁计算成像的理论和技术得到了广泛的研究和发展,其中基于随机场照射的微波成像引起了诸多关注.与传统成像方法的连续波照射不同,基于随机场照射的成像方法以随机照射的方式获取多组非相关的目标散射测量值,经过反演计算就能提取散射目标体的轮廓和形状等信息.基于阵列天线理论,本文理论分析并实验验证了一种最优的二维微波成像系统,能够使用最少的天线单元实现随机照射,通过最少的测量次数完成矩阵求逆并得到重建图像.该系统主要有以下两个创新点:完全随机照射的获取和成像系统最优参数的选取.与基于超材料的成像系统相比,本文通过对1 bit相位调制器随机相位调制的方式获取随机场照射,使得每个天线单元都处于工作状态,因此整个系统的能量效率更高.此外,所述单频成像系统还具有频谱效率高、结构简单、成本低等优点,在安检、室内定位等不同场景中具有潜在的应用价值.