非均匀介质吸波性能研究

研究了介电常数及磁导率变化的非均匀介质对入射平面电磁波的规律,导出了非均匀介质层对电磁波无反射吸收的条件,探讨了吸波能力强,由导电板分隔的电介质层状变化结构,所得的研究成果为吸波体设计提供了一定的理论依据。     

电磁介质层低反射研究

对于电磁参数不一致的非均匀电磁波吸收层,导出了波动方程及层表面无反射的条件,确立了这种吸收层的电磁参数分布,给出了有金属衬底的吸波介质层的反射系数,研究了其频率特性．     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

基于双层电阻膜的宽频带超材料吸波体设计

设计了一种基于双层电阻膜的宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体,该吸波体结构单元依次由圆环电阻膜、介质基板、圆环电阻膜、介质基板和金属背板组成。采用时域有限差分算法对其进行数值模拟分析,仿真得到的反射率和吸收率表明:该吸波体在11.5～20.3 GHz范围内对入射电磁波有大于90%以上的强吸收特性。仿真得到的不同极化角和不同入射角表明该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步仿真得到各个结构参数对吸收率的影响表明:该双层电阻膜结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电路谐振机制,通过对介质基板厚度和电阻膜宽度、电阻值的设计可以对频率范围和工作带宽进行调节,使吸波体实现超宽带吸收。     

涂层介质参量的优化设计及偏差

通过对涂型吸波材料内电磁波传输损耗机理的研究,提出了单涂层吸波材料优化设计的两项原则．此外,研究了一系列相关参数间的作用规律,讨论了涂层介质参量在偏离匹配条件的前提下对涂层吸收性能的影响,这对研究吸波材料的性质具有一定的意义．     

多涂层吸波体的计算机智能化设计

介绍了用于均匀介质电磁波多层吸波体设计的一种智能化CAD系统。利用该系统，可以对入射波进行模拟跟踪计算，并采用单纯形法对计算结果进行自动优化，完成对多层吸波材料的优选、分层组配，也可以对现有材料进行理论预测。     

基于石墨烯光电特性的超宽带可调超材料吸波体设计

利用石墨烯的电导率可调特性设计了一种超宽带可调超材料吸波体。模拟计算了不同石墨烯费米能级时吸波体的吸收率,结果表明,当石墨烯费米能级为0.7 eV时,吸波体在1.74 GHz ~10.44 GHz 的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当改变外加电压使石墨烯的费米能级从0.7 eV逐渐减少到0 eV时,吸波体在1.74 GHz~10.44 GHz的吸收率逐渐下降,其调制深度可达53.8%,实现了吸收率可调的功能;通过对表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;模拟分析了石墨烯费米能级为0.7 eV时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低。     

基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO_2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.     

基于石墨烯电光特性的多功能超材料吸波体设计

本文利用石墨烯的电光特性设计了一种可见光透明且振幅可调的超材料吸波体.首先通过商业软件CST Microwave Studio 2011模拟了石墨烯费米能级为0.5 eV时,介质层厚度对吸波体吸收特性的影响,仿真结果表明,介质层厚度从1.3 mm增加到1.6 mm,吸波体的中心频率从84 GHz红移到67 GHz,且吸收率几乎不变;其次模拟了介质层厚度为1.5 mm时,石墨烯费米能级对吸波体吸收特性的影响,仿真结果表明,通过改变电压来改变石墨烯的费米能级可以使吸波体实现振幅可调的功能,其调制深度可达47.9%左右,并且通过仿真证实了该吸波体还具有极化不敏感及入射角度不敏感的特性;最后对该吸波体表面电流分布及内部的空间电场进行仿真与分析,并阐述了其电磁吸波及振幅可调的机理.该超材料吸波体不仅具有超高的电磁波吸收率,并且具有可见光透明和振幅可调的功能,在隐身、探测和通信等领域具有潜在的应用价值.     

基于平行金属线的太赫兹准全向超材料吸波体

该文基于平行金属线设计了一种具有准全向吸波特性的太赫兹超材料吸波体,其准全向吸波特性是通过提高超材料的结构对称性实现的.理论和仿真结果表明:随着超材料结构对称性的提高,超材料吸波体的极化敏感度逐渐降低直至达到任意极化吸波.仿真的不同入射角下的吸收率与表面电流分布表明:平行于介质基板的磁场分量在平行金属线之间激发的反向平行电流导致了结构的电磁谐振,因而在极宽的入射角下该超材料吸波体仍能对电磁波进行高效吸收.提取的等效阻抗实部表明:可以通过调节基板两侧金属线的尺寸,来实现吸收频率处超材料吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配,另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而使得反射和传输同时最小、吸收最高.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体的强吸收主要源于基板的介质损耗.该太赫兹吸波体可能在爆炸物探测和材料识别等领域具有广泛的应用.     

自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

非均匀介质中波动方程部分不变解的存在性讨论

讨论了来自非均匀介质中波动方程的部分不变解的存在性,证明了在波速满足一定的条件时部分不变解是存在的,并得到了部分不变解。     

非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2。数值模拟软件，对不同冲击栽荷作用下非均匀介质中应力波反射谤发层裂过程进行数值模拟。通过对不同应力波延续时间、不同应力波峰值和不同应力波波形下应力波诱发层裂过程的数值分析，对应力波反射诱发层裂的规律和机制进行探讨。研究结果表明：应力波延续时间和应力幅值对岩石的层裂过程影响较大，不同形状的应力波实际上是在相同时段内应力波具有不同的应力幅值和不同的应力加栽速率，不同形状的应力波对介质的作用结果是这些因素同时作用的综合反映;应力波反射谤发层裂过程的发生，是各个时刻不同加载条件下微破裂累积的宏观体现。     

液饱和多孔介质中Rayleigh型波的传播

研究了由多孔固体骨架和无粘流体构成的多孔介质的瑞利型表面波的传播 ,获得了联系着复波数对频率的依赖关系的弥散方程 ,结果表明 :其表面波是弥散和非均匀的 ,表面波沿多孔介质表面衰减 ,同时其振幅远离介质表面呈指数衰减     

带状渐变非均匀介质中波的传播

对弹性波在带状渐变非均匀介质中的传播进行了研究，建立了非均匀介质中波动方程的一般形式；利用走时变换，考虑边界条件、辐射条件和非均匀带两端的连续条件对变系数偏微分方程式进行求解。对3种不同的具有二次变化的带状非均匀介质中波的传播得出了解析解，并进行了实例计算。在非均匀介质区域中的弹性模量不同变化情况下，得到了不同区域长度与接收波波幅之间的变化规律曲线，讨论了弹性波在非均匀介质中传播的一般性质，这些均为无损检测或波动反分析提供依据。     

多波动力学射线模型及制作

采用非均匀介质弹性波方程级数解的零阶近似，得到了能量沿射线管传播的守恒定律，结合波前曲率的解析算法及Ｚｅｏｐｐｒｉｔｚ方程的精确解，较准确的算出了起伏层状介质中多种波的能量系数，并由程函方程出发导出了射线微分方程组，用龙格—库塔法解此方程组，由打靶法迭代算出了固定炮检距上多波的走时及反射线路径参数，从而完成了多波模型正演计算．     

Sound scattering in dense granular media

The sound propagation in a dense granular medium is basically characterized by the ratio of wavelength to the grain size. Two types of wave transport are distinguished： one corresponds to coherent waves in the long wavelength limit, the other to short-wavelength scattered waves by the inhomogeneous contact force networks. These multiply scattered elastic waves are shown to exhibit a diffusive characteristics of transport over long distances of propagation. Determination of the transport mean free path l^＊ and the inelastic absorption （Q^-1） allows the inference of the structural properties of the material such as the heterogeneity and internal dissipation. The relevance of our experiments for seismological applications is discussed. Moreover, we apply the correlation technique of the configuration-specific sound scattering to monitoring the dynamic behaviour of the granular medium （irreversible rearrangements） under strong vibration, shearing and thermal cycling, respectively.     

一类介质散射问题的数值算法

针对一类时谐波在非均匀介质中的散射问题提出一种非多项式最小二乘有限元算法.首先应用人工吸收边界将区域截断成有界域,然后选取平面波函数构造逼近空间,最后利用解及其法向导在内边界处的跃度定义目标泛函进行计算.算法不仅能够有效的处理小波数情形,而且适用于大波数情形.算法数值模拟过程易于实现,数值实验检验了算法的有效性.     

Studies of the ionospheric horizontal gradient and its influence on propagating wave vector

The ionosphere is a three dimensional inhomogeneous and time-variational medium, therefore the ray path is not in the great circle determined by the wave vector and the earth center, but have a deviation. Under some approximations, starting from Maxwell equation, the two special case of the original wave vector in the equator plane and in the meridian plane are studied. Finally in general case, through coordinates system transformation, the trajectory’s lateral deviation is solved. Supported by the National Natural Science Foundation of China Chong Yanwen: born in 1972, Ph. D graduate student     

近地表疏松介质吸收补偿的数学模拟研究

为有效提高地震资料的分辨率,定量研究地震波在疏松介质中的吸收效应及补偿条件尤为重要。根据塔里木盆地针对性施工的微测井原始资料,采用频谱比法计算表层品质因子的分布规律;应用地震波在粘弹性介质中的传播机制,符合线性吸收机制原理,采用相移法在频率 空间域对地震波在疏松介质中的传播,进行正演及吸收衰减补偿的数学模拟。结果表明：疏松介质对地震波的高频吸收衰减,只有在特定的表层地震地质条件下,才能通过后续补偿处理得以恢复,给出了完全补偿这种吸收衰减效应的条件,为沙漠地区地震资料分辨率的合理上限提供了理论模拟数据。