对已有的Z变换时域有限差分法(Z-transformation Finite Difference Time Domain,Z-FDTD)在电磁波与非均匀磁化等离子体中的传输特性分析的计算误差问题进行了研究,并探讨了一种修正计算误差的Z变换时域有限差分方法(Modified Z-transfo...对已有的Z变换时域有限差分法(Z-transformation Finite Difference Time Domain,Z-FDTD)在电磁波与非均匀磁化等离子体中的传输特性分析的计算误差问题进行了研究,并探讨了一种修正计算误差的Z变换时域有限差分方法(Modified Z-transform Finite Difference Time Domain,MZ-FDTD),以提升Z-FDTD方法对非均匀磁化等离子体的适用性。对MZ-FDTD和Z-FDTD之间的计算误差问题,通过严格的公式推导求得该误差的计算公式,并引入误差分析因子,对比分析了该误差受空间步长和非均匀磁化等离子体的物理特性的影响特征,在充分的误差分析与网格参数对比后,以电磁波在非均匀磁化等离子体中的传输特性为分析目标,举例说明了MZ-FDTD的优越性。研究结果表明,相比于经典Z-FDTD,通过MZ-FDTD方法计算得到的数值结果具有更高的计算准确度,较低的运行时间和较少的运行内存占用。此外,对电磁波在非均匀等离子体中传输特性分析的举例说明也证明了相比于Z-FDTD,优化的Z-FDTD方法无论是在较低频段还是较高频段都保持较好的稳定性。在今后的工作中,使用MZ-FDTD方法研究非均匀磁化等离子体问题将会获得更好的计算结果,这项工作中的误差分析方法也将对某些计算电磁学在等离子体中的应用与优化工作起到一定的帮助作用。展开更多
超材料具备天然材料没有的电磁性质,基于超材料的太赫兹(THz)功能器件在生物分子检测、医学成像、安全检查等领域都具有广泛的应用前景。采用CiteSpace软件对2016年—2023年web of science网站上有关太赫兹超材料功能器件的参考文献进...超材料具备天然材料没有的电磁性质,基于超材料的太赫兹(THz)功能器件在生物分子检测、医学成像、安全检查等领域都具有广泛的应用前景。采用CiteSpace软件对2016年—2023年web of science网站上有关太赫兹超材料功能器件的参考文献进行了可视化分析,综述了THz超材料功能器件的研究进展、热点领域,并对其发展前景进行了预测,从而为从事相关研究的工作人员提供借鉴。此次分析共检索到紧密相关文献2159篇。论文从发表文献的国家、机构和作者贡献、被引次数和关键词聚类等多方面分别进行了分析和讨论。得到了最近几年THz超材料功能器件的研究领域,主要包括吸波器、滤波器、电磁诱导透明、调制器、非对称传输、波前调控、编码超表面、机器学习、生物传感和量子纠缠超表面等。研究发现在THz超材料功能器件领域,中国发文量占所有文章总数的50%以上,英国、中国、美国这三个国家的影响力最高。通过对科研机构的合作网络分析,发现发文量排名前十位的科研机构均是中国单位,其中天津大学发文量占据第一位。通过对论文作者的共现分析和共被引分析,可以分别统计出作者的发文数量和影响力。为进一步研究THz超材料功能器件的研究热点,对关键词进行了聚类分析,得到了11个集群,总结了5个关键研究领域。最后给出了研究领域的分布图,以知识树的形式分析了各个领域的发展现状。其中吸波器、滤波器、调制器、电磁诱导透明等领域已经研究成熟。生物传感、非对称传输、天线等领域处于发展阶段,并逐渐成熟。机器学习、量子纠缠超表面成为未来的研究热点。展开更多
超表面由于具备独特的电磁响应特性,在微波、太赫兹以及光学领域的应用十分广泛.在电磁超表面中构建连续域束缚态(bound states in the continuum,BIC)模式谐振可以产生尖锐的谐振透射峰,因此BIC被广泛用于设计具有高品质因子谐振的超表...超表面由于具备独特的电磁响应特性,在微波、太赫兹以及光学领域的应用十分广泛.在电磁超表面中构建连续域束缚态(bound states in the continuum,BIC)模式谐振可以产生尖锐的谐振透射峰,因此BIC被广泛用于设计具有高品质因子谐振的超表面.本文实验研究了一种支持准BIC(quasi-BIC,q-BIC)谐振的新型金属太赫兹超表面,通过设计两组金属开口谐振环(split ring resonators,SRRs)的结构参数来调节各自主导的谐振的工作频率,使不同模式谐振之间产生耦合,形成q-BIC模式谐振.并利用电磁场分布及其散射功率的多极分解的计算结果证明了不同模式的共振机制.在入射电磁波分别沿x,y偏振时,通过Jaynes-Cummings模型计算了两模式之间的归一化耦合强度比,分别为0.54%(x偏振)与4.42%(y偏振),解释了不同谐振模式的工作频率随SRRs器件结构参数改变而变化的规律.展开更多
A flexible extra broadband metamaterial absorber(MMA)stacked with five layers working at 2 GHz–40 GHz is investigated.Each layer is composed of polyvinyl chloride(PVC),polyimide(PI),and a frequency selective surface(...A flexible extra broadband metamaterial absorber(MMA)stacked with five layers working at 2 GHz–40 GHz is investigated.Each layer is composed of polyvinyl chloride(PVC),polyimide(PI),and a frequency selective surface(FSS),which is printed on PI using conductive ink.To investigate this absorber,both one-dimensional analogous circuit analysis and three-dimensional full-wave simulation based on a physical model are provided.Various crucial electromagnetic properties,such as absorption,effective impedance,complex permittivity and permeability,electric current distribution and magnetic field distribution at resonant peak points,are studied in detail.Analysis shows that the working frequency of this absorber covers entire S,C,X,Ku,K and Ka bands with a minimum thickness of 0.098λ_(max)(λ_(max) is the maximum wavelength in the absorption band),and the fractional bandwidth(FBW)reaches 181.1%.Moreover,the reflection coefficient is less than-10 dB at 1.998 GHz–40.056 GHz at normal incidence,and the absorptivity of the plane wave is greater than 80%when the incident angle is smaller than 50°.Furthermore,the proposed absorber is experimentally validated,and the experimental results show good agreement with the simulation results,which demonstrates the potential applicability of this absorber at 2 GHz–40 GHz.展开更多
文摘对已有的Z变换时域有限差分法(Z-transformation Finite Difference Time Domain,Z-FDTD)在电磁波与非均匀磁化等离子体中的传输特性分析的计算误差问题进行了研究,并探讨了一种修正计算误差的Z变换时域有限差分方法(Modified Z-transform Finite Difference Time Domain,MZ-FDTD),以提升Z-FDTD方法对非均匀磁化等离子体的适用性。对MZ-FDTD和Z-FDTD之间的计算误差问题,通过严格的公式推导求得该误差的计算公式,并引入误差分析因子,对比分析了该误差受空间步长和非均匀磁化等离子体的物理特性的影响特征,在充分的误差分析与网格参数对比后,以电磁波在非均匀磁化等离子体中的传输特性为分析目标,举例说明了MZ-FDTD的优越性。研究结果表明,相比于经典Z-FDTD,通过MZ-FDTD方法计算得到的数值结果具有更高的计算准确度,较低的运行时间和较少的运行内存占用。此外,对电磁波在非均匀等离子体中传输特性分析的举例说明也证明了相比于Z-FDTD,优化的Z-FDTD方法无论是在较低频段还是较高频段都保持较好的稳定性。在今后的工作中,使用MZ-FDTD方法研究非均匀磁化等离子体问题将会获得更好的计算结果,这项工作中的误差分析方法也将对某些计算电磁学在等离子体中的应用与优化工作起到一定的帮助作用。
文摘超材料具备天然材料没有的电磁性质,基于超材料的太赫兹(THz)功能器件在生物分子检测、医学成像、安全检查等领域都具有广泛的应用前景。采用CiteSpace软件对2016年—2023年web of science网站上有关太赫兹超材料功能器件的参考文献进行了可视化分析,综述了THz超材料功能器件的研究进展、热点领域,并对其发展前景进行了预测,从而为从事相关研究的工作人员提供借鉴。此次分析共检索到紧密相关文献2159篇。论文从发表文献的国家、机构和作者贡献、被引次数和关键词聚类等多方面分别进行了分析和讨论。得到了最近几年THz超材料功能器件的研究领域,主要包括吸波器、滤波器、电磁诱导透明、调制器、非对称传输、波前调控、编码超表面、机器学习、生物传感和量子纠缠超表面等。研究发现在THz超材料功能器件领域,中国发文量占所有文章总数的50%以上,英国、中国、美国这三个国家的影响力最高。通过对科研机构的合作网络分析,发现发文量排名前十位的科研机构均是中国单位,其中天津大学发文量占据第一位。通过对论文作者的共现分析和共被引分析,可以分别统计出作者的发文数量和影响力。为进一步研究THz超材料功能器件的研究热点,对关键词进行了聚类分析,得到了11个集群,总结了5个关键研究领域。最后给出了研究领域的分布图,以知识树的形式分析了各个领域的发展现状。其中吸波器、滤波器、调制器、电磁诱导透明等领域已经研究成熟。生物传感、非对称传输、天线等领域处于发展阶段,并逐渐成熟。机器学习、量子纠缠超表面成为未来的研究热点。
文摘超表面由于具备独特的电磁响应特性,在微波、太赫兹以及光学领域的应用十分广泛.在电磁超表面中构建连续域束缚态(bound states in the continuum,BIC)模式谐振可以产生尖锐的谐振透射峰,因此BIC被广泛用于设计具有高品质因子谐振的超表面.本文实验研究了一种支持准BIC(quasi-BIC,q-BIC)谐振的新型金属太赫兹超表面,通过设计两组金属开口谐振环(split ring resonators,SRRs)的结构参数来调节各自主导的谐振的工作频率,使不同模式谐振之间产生耦合,形成q-BIC模式谐振.并利用电磁场分布及其散射功率的多极分解的计算结果证明了不同模式的共振机制.在入射电磁波分别沿x,y偏振时,通过Jaynes-Cummings模型计算了两模式之间的归一化耦合强度比,分别为0.54%(x偏振)与4.42%(y偏振),解释了不同谐振模式的工作频率随SRRs器件结构参数改变而变化的规律.
基金Project supported by the China Post-doctoral Science Foundation(Grant No.2020M671834)the Anhui Province Post-doctoral Science Foundation,China(Grant No.2020A397).
文摘A flexible extra broadband metamaterial absorber(MMA)stacked with five layers working at 2 GHz–40 GHz is investigated.Each layer is composed of polyvinyl chloride(PVC),polyimide(PI),and a frequency selective surface(FSS),which is printed on PI using conductive ink.To investigate this absorber,both one-dimensional analogous circuit analysis and three-dimensional full-wave simulation based on a physical model are provided.Various crucial electromagnetic properties,such as absorption,effective impedance,complex permittivity and permeability,electric current distribution and magnetic field distribution at resonant peak points,are studied in detail.Analysis shows that the working frequency of this absorber covers entire S,C,X,Ku,K and Ka bands with a minimum thickness of 0.098λ_(max)(λ_(max) is the maximum wavelength in the absorption band),and the fractional bandwidth(FBW)reaches 181.1%.Moreover,the reflection coefficient is less than-10 dB at 1.998 GHz–40.056 GHz at normal incidence,and the absorptivity of the plane wave is greater than 80%when the incident angle is smaller than 50°.Furthermore,the proposed absorber is experimentally validated,and the experimental results show good agreement with the simulation results,which demonstrates the potential applicability of this absorber at 2 GHz–40 GHz.
