凹槽导体上的表面等离激元SPPs传输特性研究

紫外段的光波从空气里入射到导体上,除部分光被反射,导体同时也对光波进行了宽带吸收而产生溅射的表面等离激元SPPs, SPPs在导体表面产生了亚波长约束可形成强电场,其有超衍射、敏感传播面上的细微变化、磁响应增强等特色性能.文章采用Maxwell电磁场方程组,对紫外段光波在导体传播面上产生的等离激元SPPs机制、刻有一维周期凹槽导体上的微波段SPPs传输色散特性,进行了推导、计算,仿真出三维凹槽同轴波导的场分布,得出了在符合波矢匹配条件下,可把微波段的导行电磁波,通过波导的亚波长周期凹槽转化成SPPs传输.     

同轴腔微扰法测量颗粒状物料湿度

导出开路端外导体加长的λ／４同轴腔受颗粒状介质微扰的频偏近似计算公式，并在实验上测出不同湿度不同颗粒大小黄豆的频偏值．理论计算及实验均表明，如用上述腔体的过极限圆波导段做容器，由于过极限圆波导中电磁场沿纵向按指数率衰减，当选择合适的衰减系数α，在通常的黄豆等粮食颗粒的线度变化范围内，填充一层颗粒状介质所产生的频偏值随颗粒半径Ｒ的变化不大．应用此种腔体测量颗粒状介质湿度，可以在一定范围内消除粒度大小和形状的影响．     

方形光波导的Galerkin算法

应用简洁的Galerkin算法分析了方形波导的传输特性,将电场横向分量展成一组正交正弦函数级数的形式,代入电磁场的波动方程得到电场横 向分量展开系数的矩阵和模式的特征方程,求解该特征方程,可得到方形波导模式的传播常数,模场分布.     

加速电荷辐射原理求解雷击水平导体辐射场

雷击电力和通信线路或建筑物水平金属时,雷击点处或导体弯曲处会辐射出较强电磁场,分析雷击水平导体周围电磁场对于周边物体雷电防护具有重要意义。根据经典电动力学中加速电荷产生辐射场的原理,将雷击水平导体辐射电磁场分成通道产生电磁场和导线产生电磁场两部分,两者因传播速度不同分别建立不同运动电荷辐射场模型。实例以地面上水平导体受雷击及90°直角折弯导线流经雷电流后电磁场作分析,并绘出对应的辐射电场波形。分析结果表明雷击导体附近辐射电场主要由雷击点和弯曲点处电荷加速与减速引起。加速电荷辐射场分析法与偶子极等方法有异曲同工之妙,且更有助于理解雷击处电磁辐射物理机制。     

基于改进介质微扰法的水膜厚度测量理论研究

为了解决圆柱腔内壁水膜厚度的测量问题,对水膜厚度测量公式进行校正,分析了交变电场下电介质内的极化过程,推导了交变电场作用下电介质内电场的表达式.由于在交变电场作用下,谐振腔内壁水膜内的电场会发生变化,用准静态法近似介质微扰公式不再适用,基于推导的交变电场作用下电介质内的电场方程,对谐振腔介质微扰公式进行了改进.利用HFSS软件分别仿真分析了同轴腔和圆柱腔在不同频率、不同介质下微扰前后介质内电场大小的变化,将仿真数据和理论计算数据进行对比,证明了交变电场作用下电介质内电场方程的正确性.基于改进后的介质微扰公式,建立了圆柱腔内壁水膜厚度和谐振频偏之间的关系模型,将仿真数据与介质微扰公式改进前后理论数据进行对比分析,结果表明:在同一水膜厚度下,使用改进后微扰公式得到谐振频率较实际仿真数据更加吻合,谐振频率的理论与仿真误差至少提高了35.7%.     

THz频段圆波导传输特性的特征方程分析法

针对THz频段采用金属电导率趋肤效应模型会引入传播常数误差的问题,提出了一种非理想导体圆波导传输特性的特征方程分析法.首先基于圆波导中的场方程及电磁场边界条件得到了关于传播常数的特征方程;其次在特征方程中采用非理想导体电导率的经典驰豫模型,通过数值求解得到了圆波导的传播常数.与采用变分法计算传播常数的结果相比,特征方程法可在全频段上精确表征圆波导的传输特性.仿真结果表明:与传统变分法相比,圆波导特征方程分析法得到的衰减常数相对误差在10 THz时可减小66％;与传统的金属电导率趋肤效应模型相比,特征方程分析法采用金属电导率经典弛豫效应模型得到的衰减常数相对误差在6 THz时可减小31％.     

无限长恒流直导体外的电场分布

本文根据无限长直导体电位分布及其边界条件的特点,建立一电位分布与其完全等效的无限长同轴线的理想模型,把此同轴线中电场的分布拓延到无限空间中,进一步从理论上论证了载有稳恒电流无限长直导体外无径向电场分量的正确性,并指出这一结论满足能量守恒定律及其电磁场理论的边界条件.     

无限长恒流直导体外的电场分布

根据无限长直导体电位分布及其边界条件的特点,建立一电位分布与其完全等效的无限长同轴线的理想模型,把此同轴线中电场的分布拓延到无限空间中,进一步从理论上论证了载有稳恒电流无限长直导体外无径向电场分量的正确性[5],并指出这一结论满足能量守恒定律及其电磁场理论的边界条件.     

静止载流导体的高阶电磁场

研究了静止截流导体的高阶电磁场，根据相对论和迭加原理对中性载流导体的电磁场进行了计算，预言了高阶电磁场的存在，这一结果与先前基于经典动力学分析对二阶电场的研究结果相吻合，同时，先前研究中引入的位移电荷假设是本文研究结果的自然推论。     

导体表面上的电磁场研究

在静电场中,对均匀带电导体表面的电场分布规律和在稳恒电流的磁场中均匀载流导体表面的磁场分布规律都没有深入研究,因此在对导体表面上的电磁场问题处理时往往容易与其表面附近的场混淆而出现错误。针对上述存在的问题,结合均匀带电导体球面、均匀带电导体柱面及均匀载流导体柱面的实例,用基本的计算方法求出正确结论,并与其表面的场加以区别。该问题对研究电磁场问题有一定的指导作用。     

能量速度与相速之间关系的讨论

Brillouin于 1 932年引出了能量传输速度的概念。 1 947年Rytov在波包群速度概念的基础上 ,证明了在无吸收介质中群速度与能量传播速度之间的关系。本文对能量传播速度公式中的平均能量密度及能量平均通量密度用瞬时物理量来代替 ,从而把能量速度的概念推广到包括静电磁场在内的普遍情况。另一方面 ,考虑到电场和磁场是电磁张量的不同分量 ,认为存在这样一种坐标变换 :即原坐标系中有能量速度 ,而在新坐标系中无能量速度。本文具体地找到了这样一种变换 ,且证明了在无吸收介质中上述新旧两个坐标系之间的相对速度就是能量速度。由能量速度与相速之间的关系说明了能量速度是区别于相速、群速的更一般的物理概念。对于它的深入研究有助于了解各种复杂电磁场问题中能量的传输机理     

线偏振谐波光场中的二能级原子

原子与光场相互作用系统是很难求解的 ,对二能级原子与线偏振谐波光场相互系统进行了求解 ,得出了二能级原子与线偏振谐波光场相互作用系统的波函数、系统能量的可能取值、二能级原子动量的可能取值。     

基于电磁场合矢量的陷落柱三维模拟及其探测

为了了解瞬变电磁场在含水陷落柱中的传播过程及电磁场响应特征,为瞬变电磁法超前探测掘进头前方的含水区提供理论支撑。建立矿井全空间含水陷落柱的地球物理模型,采用基于Yee网格的三维时域有限差分算法,模拟了电磁场的扩散过程,分析了在含水陷落柱影响下的全空间瞬变电磁场的时空分布特征,对电磁场某一方向上的分量进行了分析,并首次基于电场合矢量进行了详细描述,分析了电场合矢量的传播规律及响应特征,最后通过数值模型算例以及实际应用来验证瞬变电磁法探测含水陷落柱的有效性和适用性。结果表明：数值模拟采用适合瞬变电磁场计算的CPML(卷积完全匹配层)边界进行求解,可以减弱截断边界对计算结果的影响;模拟过程中含水低阻体能够显著地影响瞬变电磁场扩散过程,随着感应电场向上下空间不断地扩散,由于电场EX、Ey和Ez至少有两个极值的存在,若电场的畸变较小时,变化情况容易被淹没,一定程度上影响了异常体位置的准确判定,说明仅利用单一方向场量不利于分析低阻异常体的确切范围;而用合矢量来描述电磁场的扩散过程,感应电场合矢量仅有一个极大值,位于图形中心,感应电场此时已经到达低阻陷落柱内部,电场的分布受到陷落柱的的显著影响,用合矢量来描述电磁波的扩散情况,可精确分析出异常体的位置,更能体现低阻体的电性、形态、位置等特征;实际应用也表明瞬变电磁法不仅可以探测到掘进头前方的含水陷落柱,还可以确定其方位和距离,说明数值模拟和实际应用都表明瞬变电磁法是探查含水陷落柱的有效方法之一。     

非稳恒电磁场的数学表达的新形式

基于电磁作用的有限传播速率性质探讨了非稳恒电磁场的内在规律,通过对平面带电板的充电过程和对螺线管的通电过程中附近电磁场的变化规律的数学分析,说明经典电磁学理论中关于电场和磁场的散度的描述在非稳恒电磁场中并不正确,推导出在非稳恒电磁场中由于电磁作用的有限传播速率而产生的电场强度矢量的散度和旋度的公式以及磁场强度矢量的散度和旋度的公式,引进了电位移电荷,电位移磁荷,磁位移电荷和磁位移磁荷等新的电磁学概念,给出了相应的体密度公式,给出了描述非稳恒电磁场的两个守恒公式,最后给出了新的电磁学方程组的数学表达式．     

介质中的电磁能量密度及其损耗

以电磁场理论为基础,从场与介质相互作用的角度详细分析了介质中电（磁）场能量密度的物理意义,将介质中的电磁能量密度分解为电（磁）场能量密度和介质的极（磁）化能量密度.极（磁）化能量密度决定于极（磁）化强度和外场强度.在交变电（磁）场中产生电磁能量损耗的物理机制是,由于非线性介质中的各种阻尼作用,电（磁）偶极矩跟不上外场的变化而出现弛豫损耗,电磁能量被损耗转换为热能.利用极（磁）化能量密度公式导出在简谐交变外场中电磁能量损耗的平均功率密度表达式,该损耗功率密度与介质的相对介电常数（磁导率）的虚部、外场频率和场强的平方成正比.电磁能量密度时变值分解为场能时变值、极（磁）化能时变值和电磁损耗时变值.     

沿任意方向作匀速直线运动的电偶极子的电磁场

利用相对论中的洛沦兹变换式计算沿任意方向作匀速直线运动的电偶极子所产生的电磁场,并利用两个作匀速直线运动的点电荷产生的电磁场的叠加验证其正确性,同时还分别讨论了特殊方向上的电磁场分布情况,用计算机模拟了沿特殊方向作匀速直线运动的电偶极子的电磁场分布。     

外加电场下碳纳米管的稳定性分析

基于Tersoff势,采用分子动力学方法研究了外加电场下碳纳米管的稳定性,并对不同半径及手性的碳纳米管进行了对比分析。结果表明:随着直径的增加,当作用于碳纳米管上的电场力表现为拉伸作用时,碳纳米管拉伸断裂的临界电场强度也随之增大,而当作用于碳纳米管上的电场力表现为压缩作用时,屈曲临界电场强度随着直径的增加而不断减小,但两种情况在直径2.0 nm以后都达到一个稳定的值。     

电容式湿度传感器结构优化

对圆筒形电容式湿度传感器进行合理的结构优化．依次改变极板的直径、长度、厚度、间距、个数等,利用有限元分析软件模拟上述条件下电容器极板的场强的分布,找到场强随这些参数的变化规律．分析结果发现,单层极板呈现出明显的边缘效应;随直径增大,边缘场强与内部场强的比值增大;极板越薄,边缘场强越小;适当加大极板长度,可减缓边缘场强增加的速率,但效果有限．多层极板,随间距增大,边缘场强与内部场强的比值增大,但总电容变化量减小;极板的间距应适当选取．对于多层极板,中间极板的场强有相互抵消的现象,故而可以适当减小中间极板的间距,以增加极板的个数,对测量有利．推荐了最佳尺寸．     

电缆偏芯电涡流检测中的电磁场数值模拟

采用截断法，设定一圆形虚拟边界将电缆偏芯电涡流检测中的无限区域涡流场截断为有限区域，并在这一有限区域内，运用有限元方法（FEM）对其电缆偏芯电涡流检测中的电磁场进行了数值模拟，得出了电磁场的分布。     

基于超材料局域场增强效应的能量转换超表面设计研究

设计了一种能将电磁能转化为局域温度场的超材料结构.超材料的局域电场增强效应可以产生强电场并激发电磁能-热能转换.电磁波能量通过无线方式耦合到超材料表面,因此可以实现无线能量的收集.实验表明,合理的结构设计可以有效地把空间电池波以热能的形式局域于空间有限体积内.在7W的入射电磁波下,局域温度场增强达到的最高温度为201℃...