耦合增强型 “巨”字形左手材料磁谐振器的设计

磁谐振器与电谐振器组合能够实现同时具有负介电常数和负磁导率的左手材料,左手材料磁谐振器的设计对于设计新型左手材料具有重要的意义。针对左手材料磁谐振器设计问题,提出了磁谐振器设计原理,为消除磁谐振器的双各向异性,所设计的结构关于电场方向等效为镜像对称的单回路。根据此原理,设计了耦合增强型"巨"字形磁谐振器结构,并通过实验仿真验证了结构的等效负磁导率。结果表明,所设计的结构在8.9GHz-10GHz之间具有负的等效磁导率,并且结构的双各项异性得到了有效的消除,说明了所提出设计原理的正确性。相对于传统的开口谐振环磁谐振器,"巨"字形磁谐振器结构简单,易于进行加工制作和理论分析。     

基于渔网结构的人工电磁材料结构参数研究

提出了一种基于渔网结构的新型低损耗改进型渔网结构左手材料,研究了其传输特性和材料有效电磁参数,计算表明其具有较宽的负折射带宽和左手带宽(介电常数和磁导率同时为负),同时数值研究了提出的结构的几何参数变化对材料电磁参数的影响.结果表明在结构参数相当大范围内保持了材料的左手物理特性.     

负介电常数材料与负磁导率材料双层共轭结构的共振隧穿

利用转移矩阵方法,研究了负介电常数材料和负磁导率材料组成的双层共轭结构的共振隧穿问题.结果表明,当具有色散的负介电常数材料和负磁导率材料排列在一起组成共轭结构时,在频率满足某个特定条件下,电磁场能量局域在界面上的模式将会演变为共振隧穿模,导致共振透射的发生,这种现象不随入射角和入射波的偏振状态而变化.同时得到了共振隧穿模的品质因子随材料厚度的增加而增加,材料含弱吸收时的结果相同。     

一种新型网状结构的零折射率超材料

提出了一种由方形金属环、方形金属片及十字形金属线组成的网状零折射率电磁超材料结构.通过CST仿真计算其传输参数,利用电磁参数反演算法得到结构的等效电磁参数.结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在11.54 GHz附近其等效介电常数、等效磁导率同时接近零,在该频点附近处折射率为零, 实验测试与仿真结果基本一致.通过棱镜仿真研究验证,该结构在该频点处可从负折射区域向正折射区域转换,说明该结构是具有“负-零-正”折射率的平衡结构.     

一个12 GHz的新型C形双重负特异材料的设计

模拟一个12 GHz谐振频率下具有负介电常数和磁导率的新型C型单元电池,通常称为双负超材料(DNG)或左手材料. DNG形状为在电介质的一侧有相反的C谐振器,而在另一侧也是相同的形状.使用微波工作室(MWS)中的计算机模拟技术(CST)从DNG结构的模拟仿真中确定散射参数以及介电常数,渗透率和折射率. 为了验证结构参数的负值,使用了MATLAB. 由于其简单性,可扩展性和双负极材料的特性,这是一种在电磁学领域的新颖且有前途的设计方法.     

具有谐振特性的双通带左手材料的设计

通过对谐振型左手材料的理论分析,提出了一种新型双通带左手材料的单元结构.该结构由E型和双谐振环形构成的谐振器与金属线组合而成,其中谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常数.利用电磁仿真软件,分析该材料单元结构的谐振特性,提取该结构的折射率、波阻抗以及介电常数、磁导率.仿真结果表明:该结构在其工作频段内存在2个通带,并且在这2个通带内该结构都具有左手特性.     

负磁导率材料的微波反射行为

采用波导法研究了开口谐振环(split resonator rings,SRRs)负磁导率材料X波段(8-12 GHz)的微波反射行为.通过电路板刻蚀技术制备了六边形SRRs为单元的二维及三维样品.实验表明:二维负磁导率材料样品反射率曲线形成反射峰,其峰值点对应频率与材料谐振频率一致,反射率变化达到10 dB,在谐振频率两侧较窄的区域反射微弱;三维样品反射率曲线形成反射峰,其峰值点位置与材料谐振频率一致,调节晶格常数时材料反射行为变化较大;负磁导率材料反射相位随频率增大,二维样品在谐振频率处反射相位存在一个拐点.     

铁磁线阵的负折射频率区域

从理论上研究了外磁场中的二维正方格子铁磁线阵（FWL）模型的负折射性质,计算中选用的铁磁材料分别为铁（Fe）,钴（Co）,镍（Ni）和钆（Gd）.计算了这些FWL系统的几何参数对于其负折射频率范围的影响以及负折射率随着外磁场变化的规律.发现提高负介电常数频率比较容易实现,而提高负磁导率频率则比较困难.这是因为负磁导率频率主要受饱和磁化强度的限制.所以高饱和磁化强度是提高负折射频率的关键.     

逆楞次定律效应的发现与验证

提出了一种工作在超低频段表现出逆楞次定律效应的结构,该结构由高磁导率材料和串联谐振回路组成。当输入频率f大于谐振频率f0时,此结构表现出等效负磁导率特性;当输入频率f0小于谐振频率￡时,此结构表现出逆楞次定律效应。基于电磁感应定律的理论分析与实验的验证结果一致。该结构等价于宏观的电磁超材料单元,其超低频、逆楞次定律效应将在新型高效变压器设计、超低频输供电等领域获得广泛应用。     

逆楞次定律效应的发现与验证(修订版)

提出了一种工作在超低频段表现出逆楞次定律效应的结构,该结构由高磁导率材料和串联谐振回路组成。当工作频率f大于谐振频率f0时,此结构表现出等效负磁导率效应;当工作频率f小于谐振频率f0时,此结构表现出逆楞次定律效应。基于电磁感应定律的理论分析与实验的验证结果一致。该结构等价于宏观的电磁超材料单元,其超低频、逆楞次定律效应将在新型高效变压器设计、超低频输供电等领域获得广泛应用。     

基于铁磁介质的左手材料

 超材料是近十几年来国际研究的热点,其中介电常数和磁导率同时为负数的左手材料是最典型一类代表,具有反向波、负折射系数等反常物理特性。左手材料虽然物理本质是等效连续介质,但实际上都是各种人工金属结构,物理特性决定于结构参数而非组成材料的特性。直接利用功能材料的本征物理特性产生负电磁参数进而获得左手特性,可以大大丰富左手材料的物理特性,并且将其跳出超材料设计的范畴,是左手材料领域中的特色研究领域。其中,基于铁磁介质的左手材料近年来已有较多研究。本文对基于铁磁介质的左手材料的研究进展做一综述。     

左手材料

左手材料同时具有负的介电常数和磁导率及负的折射率,与电磁波的相互作用和传统材料有本质的区别。针对左手材料的基本特性及其设计与制备的一些相关问题,作了简单的总结和介绍。     

多模块构架式空间可展开天线结构参数优化

为降低卫星天线的发射成本,提高天线的展开刚度,以多模块构架式空间可展开天线结构的质量和1阶固有频率为目标函数,基于误差反向传播（BP）神经网络和遗传算法对天线的结构参数进行了优化.运用ANSYS软件对支撑桁架的结构参数进行了数值模拟,得到了与设计变量对应的目标函数值;通过正交试验设计,构建了用于神经网络训练和检验的样本集;按照BP算法的基本思想,调整网络模型的参数,建立了用于优化的预测模型;采用分目标乘除法,将多目标优化问题转变成单目标优化问题;采用遗传算法进行了优化分析,得到了支撑桁架各杆件的设计参数.结果表明：该优化方法在降低天线质量的同时,使结构的刚度得到了提高,为天线的结构设计提供了参考.     

浅析双负材料的原理及应用

双负材料(又称左手材料)是指介电常数和磁导率均为负的材料,双负材料具有与普通材料不同的电磁特性.双负材料在实验上取得了突破性的进展,各种特性逐渐被实现,文章对双负材料的原理和应用进行了研究.     

超颖材料特性对无线电力传输系统的影响

为了提高无线电力传输系统的传输效率和增大传输距离,在无线电力传输系统中采用了超颖材料.从负折射率和倏逝波出发,通过公式推导和仿真分析,探讨了超颖材料对倏逝波的增强效应.结果表明:当磁导率为负值时,超颖材料对倏逝波磁场的增强效应可使耦合系数成倍增大;而负的介电常数所引起的电场增强效应对耦合系数的影响较小;在现有无线电波段工作频率和厘米量级的传输距离条件下,负折射效应无法提高耦合系数,即无法提高传输效率,而需要制作工艺相对简单、磁导率为负的单负材料,以达到提高无线电力传输效率的目标.     

边坡岩体力学参数反分析方法

为了提高数值计算结果的可靠度,基于正交设计、差分法和人工神经网络建立了新的边坡岩体力学参数反分析方法. 按照正交设计要求,选定反演参数的水平,确定数值模拟方案;用FLAC2D差分程序计算得出相应的神经网络分析样本;对RBF神经网络进行训练;利用现场监测位移,对某露天矿边坡岩体的力学参数进行神经网络反分析. 反分析结果与理论值的误差很小,满足精度要求,表明该反分析方法的可行性和精确性.     

左手材料参数偏移对其传输函数的影响

根据电磁场理论推导出了左手材料的传输函数,并数值计算了介电常数和磁导率偏移理想值时,传输函数所发生的变化.数值计算表明:传输函数对介电常数和磁导率的偏移非常敏感,完美的左手材料透镜对偏移量的要求十分苛刻.因此,要得到工程意义上完美的左手材料透镜是相当困难的.     

铁磁共振下磁各向异性材料的负折射特性研究

利用Landau-Lifshitz-Gilbert模型理论计算了铁磁共振条件下天然材料锰钙钛矿薄膜的张量磁导率,发现铁磁共振能够获得负的磁导率,而锰钙钛矿材料特有的庞磁电阻效应可以得到负的介电常数,这使得负折射率成为可能.结合麦克斯韦方程组,分析了铁磁共振时材料的微波传播特性.研究结果表明,在外磁场下天然锰钙钛矿材料不仅可以获得负折射率,更重要的是负折射的工作频率受到了外磁场强弱的调制,材料具备了可调谐特性.     

韩家岭隧道围岩物理力学参数反分析

基于差分法、正交设计和人工神经网络建立了新的隧道围岩物理力学参数反分析方法·按照正交设计要求选取不同物理力学参数,用FLAC差分程序计算得出相应的神经网络分析样本;进行网络训练和网络结构及学习参数优化;利用现场监测数据,对韩家岭隧道围岩物理力学参数进行神经网络反分析,分析结果满足精度要求·     

负折射率材料及其在THz频段的应用研究

负折射率材料是一种重要的新型人工合成材料,其主要特征是介电常数和磁导率都小于零,本文介绍了负折射率材料的物理机理及其在微波波段基础研究的最新进展,并对在THz频段的研究前景进行了分析。