电磁波在芯层为负折射率媒质的介质波导中的传播

分析了电磁波在正负折射率媒质界面、两种负折射率媒质界面处的传播特性,并对负折射率媒质为芯层(波导层)的介质波导的传播规律进行了探讨.其结论对于丰富波导理论和进一步研究电磁波在负折射率媒质中的传播特性及微波毫米波相关器件的设计有着重要的意义.     

基于FDTD的多层媒质中电磁波反射与透射研究

介绍了时域有限差分法(FDTD)方法的原理,并基于该方法,研究了电磁波在多层媒质中的反射与透射情况.通过实例证明,FDTD法能够模拟波的自然传播情况,因此在处理多层复杂媒质的反射与透射问题,以及显示全空间的场强分布方面,有其巨大的优势.     

一类渐变介质的反射系数

一、引言研究波自渐变介质的反射无论在电磁波传播问题中或是水声传播问题中均具有很重要的意义。在电磁波传播中,电离层及对流层常常可以视为渐变介质。在水声传播问题中,海水本身是渐变介质,而海底介质有时也近似是渐变介质。此外,某些消波结构系统(例如电磁波中的涂层,声波中的尖劈)也可作为渐变吸收层来处理。因此,研究波自渐变介质的反射具有理论上和实用上的意义。在这方面前人已经作过许多重要的工作(例如文[5]中所引的工作)。在声学问题中,过去主要是讨论声速分层变化的介质的反射。最近,在文[6]中讨论了声速与密度同时为分层变化的反射问题。在本文中我们根据文[6]中的方法讨论了一类渐变介质的反射系数,渐变层中的声速与密度均为指数变化形式(介质情况如图1),导出了反射系数的表示式,对某些特殊情况作了分析,对垂直入射情况作了数值计算,并且与W.K.B.近似结果进行了比较。     

多层媒质中电磁波反射与透射的FDTD研究

以时域有限差分法（FDTD）方法为工具,研究了电磁波在多层媒质中的反射与透射情况．为验证该方法的有效性,给出了三层媒质的反射与透射系数,而FDTD法的计算结果与之相符较好．由于FDTD法模拟了波的自然传播情况,因此在处理多层复杂媒质的反射与透射问题以及显示全空间的场强分布方面,相对解析方法有着巨大的优势．     

电磁波在任意分层介质中传播的分析

研究了电磁波在任意的分层介质中的传播规律 ,并分别讨论了TE波和TM波在不同衬底情况下 (一般介质和理想导体 )在介质中传播的相同与不同之处。计算出了各层的反射及透射系数的理论公式 ,并用解析方法给出了实例的计算机运算结果     

非均匀等离子体覆盖金属目标的隐身性能分析

分析了非均匀冷等离子体覆盖金属目标的隐身性能。通过研究电磁波在多层媒质中的传播规律,建立广义反射系数公式,基于此公式,将非均匀冷等离子体均分成多层,每层可看作密度均匀分布,采用递推迭代的方法可得到从等离子体覆盖金属目标反射回来的电磁波,进而分析其回波损耗。数值结果表明,等离子体碰撞频率、厚度及密度是影响目标隐身的主要因素,增大碰撞频率、增加厚度可增大频段内的电磁波衰减,增加线性分布等离子体密度的最大值,能改善电磁波的最大衰减并提高有用衰减频段的中心频率。因此,统一优化等离子体覆盖物的相关参数,可以实现金属目标的最佳隐身效果。     

电磁波测井的数值计算

电磁场的数值计算随着计算机技术的飞速发展而得到很大的促进.数值方法可以解决经典法解决不了的问题.电磁波测井是电磁波理论的一个重要的应用,当电磁波在非均匀媒质中传播时,用测井仪器测量不同位置上电场的相位差和幅度比的变化,根据这些变化曲线可以求得媒质(如地层)的介电常数∈和导电率σ.因此测井问题的计算机模拟是重要的,通过它可     

各向异性媒质中双折射现象的讨论

各向异性是物质的基本性质。本文讨论了平面电磁波在各向异性媒质中的传播,解释了双折射现象产生的物理规律,并对教学中容易混淆的一些概念进行了说明,在此基础上介绍一种波法线面作图法,可以确定单轴晶体产生双折射时o光和e光的光线方向。     

各向异性媒质中双折射现象的讨论

各向异性是物质的基本性质。本文讨论了平面电磁波在各向异性媒质中的传播,解释了双折射现象产生的物理规律,并对教学中容易混淆的一些概念进行了说明,在此基础上介绍一种波法线面作图法,可以确定单轴晶体产生双折射时o和e光的光线方向。     

舰船多层衰波媒质的振动传递矩阵模型

舰船多层衰波媒质隔振技术是一种基于新型机理的隔振技术。针对其在振动传递效率影响中的静力学问题,通过分析结构物振动能量表征方式并采用声学边界条件,建立振动波斜入射多层衰波媒质时的声强二维传递矩阵模型。推导出声强透射、反射系数。通过专门的验证性实验,证明了多层衰波媒质隔振技术高效的实施效果。同时将二维传递矩阵模型理论计算值与文献中的计算结果进行比较,对比结果验证了模型计算的准确性,说明利用该模型从理论上考察多层媒质的衰波隔振效率是合适的。     

电磁波在任意分层介质中传播的分析

研究了电磁波在任意的分层介质中的传播规律,并分别讨论了TE波和TM波在不同衬底情况下（一般介质和理想导体）在介质中传播的相同与不同之处。计算出了各层的反射及透射系数的理论公式,并用解析方法给出了实例的计算机运算结果。     

不规则多棱柱隐身罩材料参数的一般张量表达式

基于坐标变换理论推导了任意多棱柱隐身罩的隐身条件,并得到了相应隐身罩材料参数的张量表达式。根据导出的材料参数的张量表达式,通过全波仿真分别对三棱柱、四棱柱和六棱柱隐身罩进行了仿真验证,仿真结果证实了所得材料参数张量表达式的正确性;利用所推公式设计的隐身罩的确能够控制电磁波绕着内部被隐物体传播,并使波离开隐身罩时恢复成原来的传播方向,从而成功地将内部物体隐身。     

基于平均能流密度的趋肤效应诠释

趋肤效应的实质是一种电磁波的传播行为.一般研究仅从趋肤深度的角度理解趋肤效应.通过分析电磁波经过不同媒质界面时会形成的反射波和透射波,给出了两种媒质中的电磁场表达式及平均能流密度的表达式.根据媒质电导率的不同,推导出相应的平均能流密度的计算公式,从平均能流密度的角度,诠释了趋肤效应的本质.     

Z变换应用于色散媒质FDTD计算的研究

时域有限差分（FDTD）方法是计算时域电磁散射和辐射的一种简单有效的方法,仅通过一次运算就可得到系统的宽频带信息,因此被广泛应用于求解电磁场问题．但在使用FDTD计算和仿真电磁波在色散媒质中传播特性的时候,由于介电参数的复杂性,往往给计算带来一些困难,因此将Z变换理论应用到色散媒质中的FDTD计算当中,对麦克斯韦方程做了修改,使得FDTD计算式独立于色散媒质函数,并给出色散媒质中与频率有关的FDTD表达式,仿真了二维情况下电磁波在自由空间和色散媒质中的传播．此方法具有计算量小、实现简单等优点．     

基于Z变换法对双负媒质传播散射的FDTD分析

文章研究了分析双负媒质电磁散射规律的一种方法,双负媒质是介电系数和磁导系数均为负值的介质材料.引入色散Drude模型后,本构关系在时域成为卷积关系,因此将Z变换理论应用到双负媒质中的时域有限差分(FDTD)中,使FDTD可计算双负媒质中电磁波的散射和传播.该文对麦克斯韦方程做了修改,并给出双负媒质中介电系数和磁导系数均为频率函数的FDTD表达式.最后,数值仿真了电磁波与双负媒质平板的相互作用;计算了覆盖了双负媒质金属柱的电磁散射,探讨了双负媒质在隐身技术方面的应用前景.     

超材料圆柱壳电磁隐身效果数值仿真研究

以无限长超材料圆柱壳为理论模型,研究隐身超材料这种新型人工复合材料。基于Pendry坐标变换法,在压缩柱坐标系中,分析理想超材料电磁参数分布特性。为满足透波隐身,圆柱壳材料相对电容率和磁导率均是二阶旋转对称张量,在内界面处各向异性程度最高,参数径向分量趋于无限大,强烈抑制该方向电磁波的传播。运用全波仿真方法,从场总能量密度分布角度,比较研究了理想超材料与分层超材料、有耗超材料圆柱壳的电磁隐身效果,结果表明超材料具有良好的透波隐身性能。最后,针对隐身结构实际使用环境,对各向同性介质空间隐身圆柱壳的参数设置作了说明。     

多层等离子体反射系数的数值分析

研究等离子体已受到各国科学工作者的重视,它不但在空间技术中有广泛应用,更重要的在军事领域有极其重要的应用,明晰等离子体对于电磁波的散射机理,对解决通讯中断中的“黑障”问题,现代战争中的隐身与反隐身问题,以及对于高速飞机的跟踪均有重要价值。本文对多层等离子体的反射系数进行了计算,目的是为研究等离子体的RCS的用户提供数据。     

波科学理论的改进

波动是物质存在的一种形态,又是物质运动的独特形式.波科学研究经典波动和量子波动,而这二者不能截然分开.例如电磁波既是宏观的经典波,又是与微观世界相联系的波;这反映在光子身上,它是一种独特的微观粒子.1926年Schr(o)dinger创造了量子波动力学,Schr(o)dinger方程成为反映量子世界运动规律的基本方程.量子力学中波函数的复杂化来源于非经典波动的复杂性;通常认为光子是电磁场量子,但似不应把光子等同于电磁波.如光子也像电子那样(波动性有统计性质),它与经典电磁波确实不完全一样,讨论“光子的几率波方程问题”并不为错.故我们说光子至今没有自己专属的波函数和波方程,因而无法确切地代表和呈现光子奇怪的特性.改进波科学理论的一个重要内容是电磁波自洽的数学逻辑结构,为此要使用与经典力学(CM)中不同的数学方法,例如矢量算子理论和广义函数论.Newton的经典力学和Einstein的相对论力学主要针对实物(粒子或物体)而建立,但场与波并非实体物质.量子力学(QM)中的算子运算方法和波函数空间概念对波科学研究有重要意义,而现代电磁场理论非常适合波科学分析,能提供基本的电磁波矢量方程组,并突出地把旋量场、无旋场区分开来.波速研究是波科学探索的一个重点和突破口,尽管波科学研究不能脱离经典力学,但不能完全沿用CM的思维方式,波速的标量性就是证明.本文对波科学中群速公式的重新推导表明,2000年公布的WKD负群速实验并非“在计算公式上犯了错误”.……自1970年以来科学界开展的对“光脉冲负波速传播”的理论与实验研究,在今天仍深具启发性,因它关系到对“负时间”和“超前波”的理解.相关的研究以及对Bose双三棱镜中的消失态研究,丰富了波科学的内容,并改进了对它的认识.最后,关于2016年2月美国LIGO宣布的“发现了引力波”,已有多国(德国、巴西、中国等)的科学家认为其结果可疑.他们或在科学刊物上发表论文,或致函NOBEL物理学奖委员会主席Olle Ingan(a)s教授,对LIGO提出了尖锐的批评.然而本文指出,对“LIGO发现了引力波”一事有两个不同层面的问题存在——是LIGO的技术水平不够,还是其方法依据的理论有问题？本文认为在场论中有一个根本点是把场分为两大类——旋量场和无旋场,而Newton发现的万有引力和Coulomb静电场一样都是无旋场,因此缺乏存在引力波的基础.有人至今断言“引力以光速传播”,是与事实不符的错误说法.引力场以远大于光速的速度传播,但不是无限大速度的超距作用.不久前发现的“Coulomb静电场以超光速传播”是有益的启示.     

点源激励电磁波在球空间时变媒质中的传播解

研究点源激励电磁波在高维空间时变媒质中的传播解.根据相应的边界条件,建立了球空间时变媒质点源激励的非齐次波动方程及媒质突变后的齐次波动方程.利用传统的分离变量法得到了该组方程的解,并且对一维情况下的解进行了作图验证.由解可见,媒质突变后波分裂为前向行波和后向行波,前向行波即为辐射波,后向行波向激励源传播,这就是通常的能量聚焦现象;此外,媒质突变时刻的前向行波和反向行波会发生频率改变,称为频率偏移现象.     

不同媒质界面平面电磁波的反射与透射

利用相应的媒质界面反射、透射场方程,对平面电磁波在两种典型媒质—理想介质和理想导体表面的入射波、反射波以及透射波进行了模拟,利用模拟结果得出理想介质和理想导体的反射、透射特性.一般导电介质具有和典型介质本质不同的特征,但可以根据介质参数和电磁波频率的不同把介质近似为理想介质或理想导体.