单极粗振子天线的超宽带性能分析

采用矩量法研究了单极粗振子天线的超宽带性能，分别计算了该天线的电流分布、输入阻抗、辐射方向图以及驻波比随频率的变化规律。通过分析表明该天线具有良好的超宽带性能。在频率f0=1．4GHz，设计了一个臂长为50mm、直径为5mm、底部接在无限大导体平面上、采用50Ω同轴线馈电的单极粗振子天线，实测结果与理论分析结果基本吻合，并在实用中验证了它的超宽带性能。     

MEMS热驱动可变电容的有限元模拟研究

设计了一种热致驱动MEMS可变电容器,其主要结构由固定于衬底的下极板和可上下活动的上极板组成;上极板由四个对称结构的热驱动器驱动,每个热驱动器主要包括两根冷臂和两根加热臂。通过输入电压,热驱动器发生形变,带动电容器的上极板向上运动,从而使电容值减小。有限元方法模拟结果表明:在4 V驱动电压下,加热臂长为150μm时,电容值变为原先的0.3倍;而加热臂长为300μm时,电容值只有原先的1/10。     

二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.     

基于表面等离子体的高增益光学天线

表面等离子体共振能够产生沿金属表面传播的波,能产生许多特殊的电磁现象.该文首先研究运用表面等离子体共振特性而设计的处于远红外波段偶板子天线的近场增强效应,而后根据尖端效应,对天线的形状进行改变,由偶板子演变到阶梯状天线,而后逐步增加天线的阶数,最后将天线的类型演化为其无穷级近似的蝶形天线.利用有限时域差分法(FDTD),对各种形状的天线的进行研究,得到蝶形天线具有更强的场增强.在实际的工程应用中,拥有巨大的场增强效应的光学天线可以使探测器获得更高的灵敏度,还可以使激光通信获得更长的传播距离.     

天线方向性图的神经网络建模

为了探索多层前传神经网络模型对天线方向性图的建模能力与特性,用多层前传神经网络模型对对称振子天线及二元对称振子天线阵的方向性图进行建模试验。实验表明,多层前传神经网络模型可以有效地对天线的方向图进行建模,可用于天线的计算机辅助设计（CAD）。     

煤矿井下线天线的矩量法分析

为了分析煤矿井下巷道电磁波的辐射特性,利用矩形波导内的格林函数,建立了无限长矩形巷道内线天线的积分方程,并采用矩量法,计算分析了矩形巷道中不同长度振子天线的电流分布情况.仿真结果表明:在煤矿井下矩形巷道中,线天线馈电点位置的变化和线天线在巷道中位置的变化,对线天线激励出的电流分布影响是不明显的.从而证明了,在分析矩形隧道中振子天线辐射特性时,将振子天线的电流假设为正弦分布规律是合理的.     

消交叉极化偏置双镜天线的分析和设计

偏置双镜天线,由于其结构不对称,交叉极化较难控制。成形时,涉及到一个非线性偏微分方程组,其精确解对任何预先给定的主镜口径场分布和馈源场分布不都存在。为此,本文提出了一个处理这一问题的近似方法,不仅提高了精度,还消除了天线的交叉极化分量。按此方法所设计的一个3米天线在12GHz 时的效率(计算值)为82%。     

同相馈电双正交振子的圆极化实现

为了实现双正交振子的圆极化,正交同相馈电双振子天线的研究为设计圆极化的天线提供了依据,使振子天线在通信领域中得到更广泛的应用。通过对同相馈电双正交振子结构的理论分析,研究了同相馈电双正交振子天线实现圆极化的基本原理,得出振子的长度与半径和轴比之间的关系,继而实现了双正交振子天线的圆极化。利用HFSS软件进行仿真以验证矩量法计算结果的正确性。结果显示,通过改变振子的长度和半径,可以改善天线的轴比,实现天线的圆极化。     

等离子体柱天线的辐射特性

叙述了等离子体柱的产生,并对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析。参考传统金属天线辐射场的求解方法,在简化的条件下求得了等离子体柱天线行波传输和驻波对称振子结构等离子体天线驻波传输的电场辐射方向图,结合方向图,分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律,证实了等离子体柱天线方向图的可控性,同时,也说明了利用等离子体柱天线进行信号传输有一定的应用价值。     

改变光栅及其衬底厚度对导模共振传感的影响

采用严格耦合波法与时域有限差分法数值模拟仿真相结合的办法,对由亚波长光栅及其衬底厚度变化影响的导模共振传感进行了研究。其结果表明:1、在优化光栅膜厚的基础上,通过改变光栅衬底厚度来调节导模共振的产生位置处于由于该膜厚变化产生的背景反射极小位置处时,可使导模共振峰的旁带抑制比提高,从而提高该光栅传感器的分辨率;2、在对高折射率样品进行检测时,该光栅传感器的分辨率、灵敏度均较折射率低样品好,但由于高折射率样品导致导模共振场的局域性增强,从而导致获得的反射率降低。     

共振金属纳米天线近场区域单分子荧光增益性质的研究

从理论上研究了发生表面等离激元共振时, 银纳米天线对其周围近场区域单分子荧光性质的影响。最优的荧光增益效果在电场增益率和弛豫系数变化率的比值(即优化系数)较大时发生。通过对优化系数的计算, 发现当荧光分子的偶极矩与入射光偏振相同时, 并且在距离纳米天线30～100 nm的近场区域内, 荧光增益效果最佳。讨论了不同偏振方向荧光分子在天线周围不同距离、不同方向的平面以及入射波长变化时对于荧光性质的影响, 可以为金属纳米天线调控荧光行为的实验给予指导。     

基于表面等离激元的量子相干效应的理论研究

起源于金属中自由电子集体振荡的表面等离激元,具有超小的光学模式体积和亚波长局域的近场增益,为纳米尺度上研究光和物质相互作用带来新的机遇．共振的纳米金属结构的近场区域,具有各向异性的珀塞尔系数,并且可以为量子体系提供近场激发．我们理论上演示了基于表面等离激元结构的单分子共振荧光、原子布居数的本征量子拍频及其在表面等离激元结构中的纳米尺度上的实现、表面等离激元诱导的各向异性珀塞尔系数导致的亚波长尺度自发辐射谱线的变化．这些结果在超紧凑的有源量子器件中有潜在应用．     

一种具有高稳定度的新型小型化频率选择表面

提出了一种小型化的带阻型频率选择表面（FSS）新单元。这种新单元通过将方环内的部分分为四个对称区域,并在每个区域内增加三角螺旋结构来增加单元的谐振长度,从而实现了FSS单元的小型化。仿真和实测的结果表明,这种FSS的单元长度相比波长节省了近90%,同时对于以不同角度和极化方式入射的波具有极好的稳定性,适合在实际有限空间内的应用。     

三角形偶极子天线的瞬态辐射研究

主要研究了一种三角形偶极子天线在空间的瞬态辐射问题，从对偶极子的标量位和矢量位的计算入手，运用叠加原理，得出了该三角形偶极子天线的辐射场和辐射功率，并与赫兹偶极子、扇形偶极子的结果进行了比较，通过实测和使用，证明该天线是一种较好的超宽带天线。     

碳纳米管平板显示器有限差分法模拟

采用有限差分法,根据碳纳米管平板显示器的特点选择合适的边界条件,分析了碳纳米管平板显示器内部的电场分布和场增强因子随碳纳米管直径、长度和碳纳米管之间间隔的变化关系。计算结果表明,当碳纳米管之间间隔大于碳纳米管长度3倍时,碳纳米管之间的屏蔽效应可以忽略不计,电场强度和场增强因子随碳纳米管长度增大而线性地增大,当碳纳米管直径较小时,电场强度和场增强因子随碳纳米管直径减小迅速增大。     

双侧激励源对热声制冷谐振腔内声场分布的影响

超声磁致伸缩换能器作为热声制冷机的激励元件,其输出声场强度直接影响热声制冷的效率。为提高谐振腔内直观的声压幅值,在单侧磁致伸缩换能器激励的基础上,集合声波相干理论,应用有限元软件ATILA模拟了双侧激励情况下,不同长度谐振腔与激励相位的匹配关系对谐振腔内声压幅值的影响,并与单侧激励谐振腔内声压幅值做比较。研究结果表明:相同激励力情况下,双侧激励(170 mm受同相激励,340 mm受反相激励)谐振腔内产生的平面驻波声场更加稳定、单色性好、声压幅值是单侧激励的1.78(半波长谐振腔)/1.81倍(一个波长谐振腔),均接近于2倍关系。以上研究成果对双侧激励源的相位与谐振腔长度的匹配工作提供了实验依据。     

三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真

目前,光子晶体的波导共振耦合技术被广泛应用,设定波长下的波导透射频率的高低成为影响器件功能优劣的重要因素。首先对比了改变光子晶体介质柱折射率和半径的大小与耦合点归一化频率的关系,之后利用时域有限差分法设计了一种由三种波导构成的共振耦合型光子晶体结构的波分复用器,并且在波长分别为1 490 nm与1 440 nm的光信号下的波导共振区域增加了一定数量的介质柱形成一种新的微腔耦合区域。并且通过在1 310 nm波长的输出信道末端改变介质柱的半径大小,使得1 310 nm波长的光信号的透射率提高到了95.5%。研究表明,通过增大介质柱半径的大小Rc,可以使得对应的光信号透射率的大幅改善。     

Optimization of nanocavity field enhancement using two-dimensional plasmonic photonic crystals

We have investigated the influence of Ag nanorod radius(r)on the resonant modes of a two-dimensional plasmonic photonic crystal(PPC)with dipole sources embedded into the central vacancy area,using finite-difference time-domain methods.Both the localized surface plasmon(LSP)mode of individual Ag nanorods and the resonant cavity mode of PPC are found to vary as a function of r.The resonant cavity mode is strongly enhanced as r is increased,while the LSP signal will eventually become no longer discernable in the Fourier spectrum of the time-evolved field.An optimized condition for the nanocavity field enhancement is found for a given PPC periodicity(e.g.d=375 nm)with the critical nanorod radius rc=d/3.At this point the resonant cavity mode has the strongest field enhancement,best field confinement and largest Q-factor.We attribute this to competition between the blocking of cavity confined light to radiate out when the cavity resonant frequency falls inside the opened photonic stopband as r reaches rc,and the transfer of cavity mode energy to inter-particle plasmons when r is further increased.     

一种同轴腔微波等离子体反应器的设计及电磁场计算

设计了一种同轴腔微波等离子体反应器，推导了谐振腔内电磁场分布表达式，对谐振腔中的电磁分布进行了数值计算，得到与理论推导结果相对应的场强分布图。同时采用HFSS软件对本文设计的同轴谐振腔等离子体反应器进行电磁场的模拟仿真，优化出谐振腔的最优尺寸和场强分布图。软件模拟与理论推导结果吻合，说明了本方案设计的可靠性。本文设计的谐振腔固有品质因数可达17800，峰值场强高达9.29×10³V/(m·W)，且分布均匀，微波能量集中，有利于反应气体产生放电。