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.     

无导电衬底单轴吸波材料的反射和透射特性

导出了无导电衬底单轴各向异性吸波材料对斜入射电磁波的反射系数和透射系数公式;分析了极化方式、入射角及材料电磁参数等对反射系数和透射系数的影响;得到关于无导电衬底单轴各向异性吸波材料对斜入射电磁波的反射和透射特性的一些重要结论．     

无导电衬底单轴吸波材料的反射和透射特性

导出了无导电衬底单轴各向异性吸波材料对斜入射电磁波的反射系数和透射系数公式,分析了极化方式、入射角及材料电磁参数等对反射系数和透射系数的影响;得到关于无导电衬底单轴各向异性吸波材料对斜入射电磁波的反射和透射特性的一些重要结论。     

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。     

基于超材料的宽带吸波/透波一体罩设计

基于频率选择表面设计了一种具有透波功能的宽带超材料吸波体,首先模拟计算了吸波体的吸收率和透过率,结果表明,吸波体在4.572GHz～11.583GHz和14.604GHz～17.017GHz之间的吸收率达到了85%,在13.046GHz处的透过率达到了70%,同时具有宽带吸波和透波的功能;通过对其表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收和透波的机理.其次,模拟分析了入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性和透波特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性和透波特性具有极化不敏感的特点,但是其对入射角度比较敏感.最后,模拟分析了其结构尺寸参数以及集总元件电参数对其吸收特性和透波特性的影响.     

各向异性异质材料中的Goos-Hnchen位移研究

对单轴各向异性材料中的负折射进行了讨论,并对具有负折射率的准左手介质(NI-QLHM)表面的古斯-汉森位移进行了详细的理论研究,给出了横电(TE)波和横磁(TM)波入射时的古斯-汉森位移d和穿透深度dz的表达式.对TE入射波的情况进行了数值模拟,结果显示,在μz0的情况下,频率ω分布在4~6GHz之间时,各向异性材料为NI-QLHM.而磁导率分量|μz|越小,在NI-QLHM频率区域越容易实现全反射;随着频率的增加,临界角减小,从而发生全反射的入射角的范围增加,同时也将导致准左手化材料的有效折射率减小.结果还显示,对于同一个入射角,随着频率ω的增加,古斯-汉森位移减小,即随着折射率n的减小,古斯-汉森位移减小.而穿透深度dz与古斯-汉森位移d相对应,穿透深度越大,古斯-汉森位移也越大.     

层状取向铁纤维吸波特性

对多层具有各向异性电磁参数取向纤维板建立了传输矩阵方程 .依据电磁场理论推导出了求解不同入射极化波时反射系数公式 .该式可用于研究宽频带内任意层数和任意取向层状板的反射与吸波特性 .对 1 6层取向铁纤维板的反射系数进行了计算 ,结果表明反射波呈椭圆极化态 ,讨论了入射波的极化角及纤维取向对反射系数的影响 .     

平面电磁波在等离子体中的吸收衰减

研究等离子体在隐身技术中的应用.采用垂直入射线极化平面电磁波斜入射到具有金属衬底的等离子体层的模型,利用W.K.B解,推导出电磁波能量衰减与电磁波频率和等离子体密度的关系式.在此基础上,对不同入射角的电磁波在等离子体密度为均匀分布、线性分布和指数分布情况下传播的能量衰减进行了数值计算.结果表明,电磁波衰减随等离子体密度以及电磁波入射角增加而增加;在3种分布情况下电磁波能量衰减规律是相似的.     

利用激波与电磁波相互作用的新型雷达机理研究

针对飞行器超声速飞行时会产生激波,且无法消除其激波层的现象,提出了一种利用激波探测超声速飞行器的新型雷达探测方法,深入研究了激波与电磁波相互作用机理。采用模型仿真和实验验证相结合的方法确定了激波层内参数变化规律,并按照收敛原则确定了激波的等效层数,随后开展了飞行器激波与线极化波的相互作用机理研究。结果表明:平面极化波在现有雷达波频段范围内入射到激波层中时,其反射系数随入射波入射角度、飞行马赫数的增加而增大,随飞行高度的增加而减小,随频率变化呈现周期性振荡衰减特性,且振荡周期随飞行高度增加而减小,随飞行马赫数增加而增大。该研究结果为利用激波层探测超声速隐身飞机提供了一种新思路、新方法。     

核壳粒子复合材料电磁波吸收层的吸波特征数值模拟

基于电磁波吸收和反射的基本理论,在探讨核壳粒子复合材料的等效电磁参数的基础上,针对核壳粒子复合材料的电磁波吸收层的吸波特征及其厚度的优化设计展开研究.分别探讨了由核壳粒子复合材料组成的单层和双层电磁波吸收层的吸波特征,给出不同入射角下功率反射系数与电磁波波长以及吸收层厚度之间的关系,确定其最佳电磁波吸收厚度.通过比较可以得出在同等条件下,含核壳粒子吸收层的吸收性能明显优于传统的常规材料吸收层.     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

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。     

分层高斯分布介质粗糙面电磁波透射问题的微扰法研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推出了不同极化状态的透射波散射系数公式。采用高斯粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合高斯粗糙面的功率谱,导出了平面波入射高斯分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化透射系数随透射波散射角变化的曲线,讨论了底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响。数值计算结果表明：底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响是非常复杂的。     

管状封闭式等离子体发生器隐身性能分析

为深入探究封闭式等离子体管在电磁隐身方面的作用和价值,利用数学仿真工具 MATLAB 依据电磁学领域内的准经典方法-WKB（wenzel,kramers,brillouin）法进行数值分析和模拟,系统研究了电磁波垂直入射封闭式等离子体管时,电磁波衰减系数与管内等离子体温度、等离子体密度、等离子体层厚度的关系。结果表明,与传统的开放式等离子体发生器相比,封闭式等离子体发生器参数对等离子体隐身性能有更加显著的作用,存在等离子体层厚度与密度的最佳组合使得电磁衰减达到最优。同时,着重探讨了电磁波入射角度对等离子体隐身性能的影响,发现大角度入射的电磁波在一定的波段范围内,其衰减系数基本维持不变并且有较好的电磁吸收性能,同时存在最优入射角使得电磁衰减达到最大。     

各向异性固体层的声反射和透射谱

考虑到由流体斜入射到各向异性固体时超声波模式转换的一般情况 ,研究了浸没于流体中一般各向异性固体层状材料的声反射和透射问题 ,给出了问题的求解方法 ,得到各向异性固体层的声反射和透射系数是介质参数 ,固体层取向和厚度 ,入射角及入射波频率的函数 ,给出了从流体斜入射到正交复合材料板上的声反射和透射谱的数值解例     

负Goos-H？nchen位移的理论与实验研究

1947年Goos和H？nchen发现,当电磁波束在玻璃/空气界面全反射时,在返回玻璃内部时有一项发生在入射面内的纵向位移;我们称之为正位移。实际上,稳态相位法的计算表明,位移可以为正、为零,甚至为负。由于界面上的表面波可以是前向型的和后向型的,携带的功率向着不同方向;故当激发起后向型表面波时就可获得入射波束的负位移。在多层结构中,当入射波束波矢的切向分量与表面波传播常数一致时,会发生类谐振现象并导致位移增大。〈br〉 在一般情况下,当光束入射到金属表面,TM极化时GHS为负,并且绝对值比TE极化时大得多。但我们在微波的实验研究表明,在使用金属时可以在TE极化时发生负位移。实验时在全反射界面处为纳米级金属膜,是厚度30nm和60nm的铝膜,它蒸镀在厚18μm聚乙烯膜上。实验还发现,当改变入射角θ1并使之达到约qθ1c（θ1c为全反射临界角,q＆gt;1）出现类谐振现象,GHS的绝对值可达（5~7）cm。目前尚缺少对这些结果的理论解释。     

圆柱形超材料电磁隐身旋转聚焦器的设计与仿真

研究一种新型可以旋转电磁波方向的超材料电磁隐身装置-圆柱形旋转聚焦器.基于坐标变换理论,设计出圆柱形旋转聚焦器对应的空间变换方式,并推导出该装置在不同区域的电磁参数张量.有限元软件的仿真结果验证了该装置预期的电磁功能.与先前的圆柱形超材料隐身聚焦器相比,该隐身装置在特定区域不仅能够实现电磁波能量的聚焦,还能够变换电磁波的初始传播方向.此外,在设计方法上对于旋转聚焦器的形状拓展也进行了讨论.      

倏逝波及其能流密度研究

全反射的倏逝波具有特殊的性质和重要的应用。针对现有能量流动特点研究都略显简单或缺乏系统性的问题,应用电磁场理论,推导了线偏振光全反射时倏逝波的电场强度、磁场强度、能流密度和平均能流密度数学表达式;通过数值计算,分析了倏逝波平均能流密度大小及方向与入射角、入射光矢量方向之间的关系。得出以下主要结论:一般情况下,倏逝波的能量流动不仅被限制在介质分界面处的一个薄层内,平均能流密度的大小与入射角有关,而且平均能流密度的方向与入射面有一定夹角;只有当入射光矢量平行或垂直于入射面时,倏逝波的平均能流密度方向才平行于入射面。