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。     

基于双U形结构的零折射率超材料

在介质基板刻蚀的金属线和金属化过孔组成双U形结构模型,仿真计算及电磁参数反演结果表明,当电磁波垂直入射时,该结构在频率f=7.63 GHz附近等效介电常数和等效磁导率实部同时接近零,从而得到了折射率为零的超材料,实验测试与仿真结果基本一致.同时,为了实现对零折射率响应频点的调节,分析了单元结构的金属过孔间距及U形结构脚长的变化对零折射率特性的影响,发现改变单元结构参数可改变零折射率响应频点.这种可调双U形零折射率超材料单元结构简单,可应用于微波器件等领域.     

压电/压磁条环磁电复合材料的逆磁电效应

研究了压电/压磁条环磁电复合材料在弯曲谐振频率下的逆磁电效应(CME),其中压电材料为锆钛酸铅(PZT),压磁材料为镍锌铁氧体(NiZn ferrite).由于PZT与镍锌铁氧体环之间的机电耦合,该磁电材料在一阶弯曲谐振频率和一阶纵向谐振频率处的逆磁电系数明显大于非谐振频率处的逆磁电系数.在一阶弯曲谐振频率下,该磁电材料在H=190 Oe、E=200 V/cm测得较大磁感应强度(B_m≈2.13×10~(-5)G).B_m在-130 OeH130 Oe间呈现的磁滞现象源于镍锌铁氧体环压磁效应和PZT铁弹效应的共同作用.在H=0 Oe、±50 Oe,利用不同变化趋势下的磁场及周期性通断的交流信号实现了三稳态磁感应强度的转换.     

可用于车载雷达技术的S型结构超材料的研究

车载电子设备是提高车辆道路行驶安全的最为有效的方法之一。在我国,把24.25—26.65GHz频段资源规划用于短距离车载雷达设备。针对该频段无线通信,通过对S型结构产生电谐振和磁谐振原理的分析,合理的设计尺寸参数,提出可用于该通信的S型结构超材料。采用HFSS软件仿真并用Matlab验证可知该结构在25GHz附近具有较宽的通带,并且通带内介电常数ε和磁导率μ同时为负值,因而该超材料可用于24GHz频段车载技术的滤波器设计。     

基于环形电磁矩超材料的可调谐太赫兹吸收器

本文提出一种反向开口双金属谐振环超材料集成微流通道的可调谐太赫兹波吸收器.数值分析了超材料环形电磁矩的高效激发,讨论了环形电磁矩的共振吸收谱对微流介质层的介电参数与磁参数调控的响应.采用可电控液晶材料注入微流通道的方案,通过太赫兹透明电极施加外部电场控制液晶折射率变化,实现太赫兹超材料吸收器工作频率的大范围动态调谐.频率移动量超过100%的共振带宽,相对调谐量(Δf/f)可高达15%,频率调谐呈现良好的线性操作特征和近100%吸收率的完美吸收性能.所提出的可调谐太赫兹吸收器在太赫兹探测和微流生化传感领域具有广阔的应用前景.     

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.     

太赫兹频段高折射率超材料的设计和特性研究

设计了太赫兹频段的高折射率超材料,该结构是通过在介质板的两侧对称的蚀刻"双开口环"型金属贴片而构成.研究结果表明:当电磁波垂直入射的情况下,谐振频率(0.52THz)附近的折射率高达200,且在0.51THz到2THz频段范围内,折射率均大于70.该超材料具有结构简单、便于加工,宽带等优点,在太赫兹波通信、成像等方面有广阔的应用前景.     

双波段共享孔径天线Fabry-Perot谐振腔的设计

通过对频率选择表面的分析,提出一种用于设计部分反射表面(PRS)的方法.该方法可使所设计PRS结构的反射相位在设计频率处产生跃变,并使PRS结构与金属地面构成的Fabry-Perot谐振腔在该PRS谐振频率两端产生两个新的谐振频率,从而实现双波段共享孔径Fabry-Perot谐振天线.设计实例的测试结果表明:当工作频率为11.5,13.2GHz时,其峰值增益分别为16.2,15.98dBi,工作带宽分别为5.5%,3.2%.     

填充比例因子对各向异性介质间Casimir力的影响

Casimir效应是一个可观测的宏观量子效应.研究了各向异性材料的填充比例因子f2对Casimir力大小和方向的影响.在f2=0.000 1时,由材料的介电常数和磁导率随着频率的变化曲线,得到Drude背景会对Ca-simir排斥力产生影响.在f2=0,0.000 1和0.001时,得到Casimir力的变化曲线,结果显示f2是抑制Casimir排斥力的.并且当f2很小时,Casimir力在较远距离处会重新回到吸引力,同时存在一个稳定的Casimir力平衡位置.     

“π”型双频负折射率超材料

基于有效媒质理论,设计了一种"π"型光频段电磁超材料.仿真结果表明,这种超材料能够在550.4THz和577.8THz 2个频率附近产生谐振,并且在谐振频率附近样品的介电常数和磁导率同时为负值;通过将"π"型单元排列成楔形结构,验证了电磁超材料的负折射性能;进一步的研究证实,这种超材料的电磁响应与前后"π"型结构之间的旋转角度密切相关.另外,这种"π"型电磁超材料具有较低的能量损耗,弥补了其他渔网结构损耗高的缺陷,同时也为设计可见光频段的多频电磁超材料提供了一种新模型.     

微波段多吸收带超材料吸波体设计及仿真研究

基于开口电谐振环结构,设计了多吸收带超材料吸波体结构单元模型。模拟结果表明结构单元在5.205 GHz、10.628 GHz、17.559 GHz和24.896 GHz出现了4个吸收峰,吸收率最高为99.7%、最低为90%。当入射角度达到50度时,吸收率仍能保持在83%以上。在开口电谐振环级数增加的情况下,吸收峰的数目将会增加。这些优点使结构单元在频谱分析和多谱成像等领域表现出较大的潜力。     

基于IGBT大功率中频电源的研究与设计

结合实际讨论了大功率中频电源的设计方法,所设计电源采用交-直-交变频方案,由全控型器件IGBT构成并联谐振式逆变电路。逆变电路的工作频率受控于负载电路的谐振频率,具备很好的过电压、过电流保护功能。有较强的使用价值。     

约瑟夫逊(Josephson)效应的观测

两块超导体之间的弱耦合形成超导结,此类结表现出的特性便是约瑟夫逊效应。约瑟夫逊效应包括三方面的内容,其一是当跨过结区的电压为零时,可以有超电流通过,并存在一临界电流密度值,这称为直流效应;其二是当跨过结区有一定的电位差 V 时,此时除了正常电子的直流隧道电流外,还存在一正弦交变隧道超电流,其频率 f 由下式确定:f=(2e/h)V,(e—电子电荷,h—普朗克常数。)即(f/V)=483.6兆赫/微伏,这称为交流效应;其三是磁场能透入结区绝缘层,并影响通过结区的超电流。对各种类型的超导结而言,用一定频率 f 的微波照射结区,就会在其Ⅰ—Ⅴ特性曲线的     

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.     

松耦合感应电能传输系统的分析

在松耦合感应电能传输（LCIPT）系统中，系统工作频率大小的选择与电源的成本和系统电能传输大小有密切关系，限于目前功率电子器件水平和系统效率要求，提高系统频率受到限制．介绍了一种变换器拓扑结构，利用LC振荡时传输电能，当电容电压衰减到设定值时闭合开关对电容充电，使得开关管频率远小于谐振频率，从而提高了系统工作频率，降低了系统成本；最后，用Saber的时域和频域仿真验证了其正确性。该拓扑结构不仅适用于LCIPT，对于其它的变换器结构同样适用．     

超材料吸波体的高灵敏度微波传感器

超材料吸波体具有超薄和强谐振等特点,可用于高灵敏度传感。设计了微波段可用于检测介质折射率的超材料吸波体传感器,通过仿真设计和参数优化,得到了工作频段内单频点谐振、高吸收的吸波结构,分析了其吸波机理。吸波体表面加盖不同折射率的介质板,会导致谐振吸收频点发生不同幅度的频移,经分析,当介质板厚度大于2mm时,谐振吸收频点偏移仅与待测板折射率有关。通过对仿真数据进行拟合,得到了谐振频率与折射率之间的线性函数关系并分析了传感器的性能,最后实验验证了二者的函数关系。设计的超材料吸波体传感器灵敏度达到了1 592MHz/RIU,FoM值达到7.026 9/RIU。     

基于分形特征的DGS微带线传输特性分析

缺陷地结构(defected ground structure,DGS)微带线的电磁散射特性取决于缺陷图形的几何特征和导波媒质等因素,因此缺陷图形设计是DGS微波电路设计的关键因素之一。提出一种新颖的DGS微带线。通过有限元法对不同Hilbert曲线宽度和长度的DGS结构微带线进行计算,计算结果表明,该结构在0~9 GHz频段内表现出2.43 GHz和7.11 GHz这2个谐振频率,对应频率的通带反射损耗低于-15 dB,并且阻带特性在谐振频率处比传统DGS微带线有更高的Q值。当Hilbert曲线宽度固定为0.2 mm时,其谐振频率和对应频点的Q值均与曲线长度成反比,最大达123.75;当Hilbert曲线长度固定为1.0 mm时,其谐振频率与曲线宽度成正比,而对应频点的Q值与曲线长度成反比,最大达146。     

含石墨烯三明治结构杂化超表面微波吸收性能调控研究

基于石墨烯的电磁可调性与具有特殊电磁响应的无源金属结构耦合,设计了三明治结构微波吸波超表面,系统研究了金属结构和石墨烯电性对吸波性能的调控。通过三维全波电磁场仿真,证实可以通过调节石墨烯方阻改变谐振频率处的吸波率,于740 Ω/sq实现微波的完美吸收,且由担任相移介质的聚丙烯的厚度控制谐振频率。构建l 石墨烯结构与金属微结构杂化超表面,对引入金属谐振模式进一步增强微波吸收的超表面设计,证实了可通过调节石墨烯方阻获得频率23.2 GHz和36.4 GHz处的微波完美吸收以及由其确定的宽带吸收。分析了作为主要结构参数的金属线宽、周期、金属石墨烯间距对吸波率与频率的影响。该研究在拓展超表面设计与石墨烯应用方面有着一定的价值。     

基于分形特征的DGS微带线传输特性分析

缺陷地结构(defected ground structure,DGS)微带线的电磁散射特性取决于缺陷图形的几何特征和导波媒质等因素,因此缺陷图形设计是DGS微波电路设计的关键因素之一.提出一种新颖的DGS微带线.通过有限元法对不同Hilbert曲线宽度和长度的DGS结构微带线进行计算,计算结果表明,该结构在0～9 GHz频段内表现出2.43 GHz和7.11 GHz这2个谐振频率,对应频率的通带反射损耗低于-15 dB,并且阻带特性在谐振频率处比传统DGS微带线有更高的Q值.当Hilbert曲线宽度固定为0.2 mm时,其谐振频率和对应频点的Q值均与曲线长度成反比,最大达123.75;当Hilbert曲线长度固定为1.0 mm时,其谐振频率与曲线宽度成正比,而对应频点的Q值与曲线长度成反比,最大达146.     

不同材料逆古斯汉欣位移机理的对比研究

通过计算分界面附近的能流矢量曲线,对贵金属、超材料和负折射光子晶体表面的逆古斯汉欣位移的物理机制进行了研究.结果表明,虽然一定频率的入射光波在这3类材料表面反射时都能产生逆古斯汉欣位移,但逆古斯汉欣位移发生的物理机制完全不同.金属表面产生的逆古斯汉欣位移是因为TM偏振入射光诱导金属表面自由电子振荡,从而激发表面等离子体波;超材料表面产生的逆古斯汉欣位移是因为反射光束相对入射光束发生了相位突变;负折射光子晶体表面产生的逆古斯汉欣位移是光子晶体的等效负折射效应和周期性表面的综合作用,即全反射时激发了后向表面波.