等离子体涂层椭球目标的电磁散射
SERS(表面增强拉曼散射)理论
SERS 的物理类模型物理类模型致力于阐释金属表面局域场的增强，它的主要代表包括表面电磁增强模型和镜像场模型。
1、表面电磁增强模型（Electromagnetic Enhancemant Model ，简记为EM ）表面电磁增强模型[5~7]又可称为表面等离子体共振模型，它认为一个吸附在金属表面的分子的诱发偶极矩是通过金属椭球由入射场和散射场共同产生的。
对于椭球比光波波长小的情况，在频率与偶极表面等离子体共振时，散射场比入射场大，这可以看作是椭球外部空间的场密度的影响。
因此拉曼散射场会与金属颗粒的强散射场引起的金属颗粒表面的等离子体振荡发生共振，这种共振的结果使振荡分子产生了非常大的能量。
如图2－1所示，把一个可以看成经典电偶极子的分子放在球形金属颗粒外的r 'ρ处，以频率为ω0的平面波照射，分子偶极子会产生频率为ω的拉曼散射，其偶极矩为：),(),(00ωαωr E r P P ρρρρ•'=' (2-1)这里的α'是分子的拉曼极化率而P E ρ包括两部分：),(),(),(000ωωωr E r E r E LM i P '+'='ρρρρρρ (2-2)其中i E ϖ是入射场的场强，LM E ρ是用Lorenz-Mie 理论计算获得的散射场场强。
在观察点r ρ处与拉曼散射相关的电场由下式给出),(),(),(ωωωr E r E r E sc dip R ρρρρρρ+=(2-3)图2－1 纳米颗粒表面增强散射示意图其中，dip E ρ是球形颗粒不存在时振荡偶极子P ρ发射的场，sc E ρ是由球形颗粒产生的必须满足频率ω的边值问题的散射场。
拉曼散射的强度R I 是远场振幅R E ρ的平方：2/)ex p(),(lim r ikr r E I R kr R ωϖϖ∞→=，增强因子G 定义为0R R I I G =，其中0R I 是在金属球形颗粒不存在时的拉曼强度。
表面等离子体共振的原理
表面等离子体共振的原理
一、表面等离子体共振的原理
表面等离子体共振实际上指的是表面等离子体（SPR）的一种特性，它是一种银膜上的金属表面，当一种特定的光被照射在金属表面上时，会发生等离子体拉曼散射，这种散射的角度和金属表面和它上面覆盖物的有机分子吸附量有关，当有机分子吸附在金属表面上时，它会引起表面等离子体的共振。
这种现象又被称为表面共振强度或表面等离子体共振效应（SPR）。
表面等离子体共振的原理主要可以归结为以下三个主要的现象。
1、表面等离子体拉曼散射（SPR）：表面等离子体拉曼散射（SPR）是指在表面上照射一定波长的光时产生的一种特殊的散射现象，这种散射的角度和表面层和它上面覆盖物的厚度有关。
当表面有机分子在金属表面上吸附时，会引起表面等离子体拉曼散射。
由于表面等离子体拉曼散射的角度会随着厚度或吸附分子的变化而变化，因此，可以通过测量这种角度的变化来确定有机分子的厚度及吸附数量。
2、表面共振强度：表面共振强度是指入射到表面时，在特定波长范围内出现的反射波强度比现象。
当表面有机分子吸附量到达一定的特定的值时，金属表面的反射率会突然增加。
这种现象被称为表面共振现象，表面共振现象可以用来探测表面有机分子的变化。
3、表面等离子体效应：当表面有机分子吸附量到达一定的特定的值时，穿过金属表面的光的折射率会发生变化。
这种现象被称为表面等离子体效应，可以用来探测表面上有机分子的变化。
总的来说，表面等离子体共振的原理是表面有机分子变化会引起表面等离子体拉曼散射、表面共振强度以及表面等离子体效应的变化，从而可以探测表面上有机分子的变化。
求解各向异性介质涂覆的薄壳元-边界积分法
求解各向异性介质涂覆的薄壳元-边界积分法雷霖;胡俊;胡皓全【摘要】为了克服传统有限元-边界积分方法在分析薄涂敷目标时采用四面体单元离散导致未知量非常多及需要大量的计算机存储量的缺点,采用薄壳单元(SHELL)与边界积分方法相结合分析各向异性涂敷目标的电磁特性.薄壳单元可以大大减少未知量数目,并可将体积分转化为面积分,使计算量大为减少.用薄壳元-边界积分方法考察了不同厚度及媒质涂敷时对电磁散射特性的影响,证明了该方法是精确的,在减少未知量、存储量和计算时间上具有极大的优势.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2013(028)002【总页数】7页(P249-254,277)【关键词】各向异性介质;涂敷;有限元-边界积分;薄壳单元【作者】雷霖;胡俊;胡皓全【作者单位】电子科技大学电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学电子工程学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN011引言在武器系统的研制中，隐身设计是一项非常重要的军事需求[1-6].除外形设计技术之外，目标表面涂覆吸收材料也是隐身设计中经常使用的一项技术，针对涂覆吸收材料目标的电磁散射特性建模方法也就显得很重要.传统解析方法可以处理各向异性媒质涂敷导体球的电磁散射，但不能用于任意涂敷复杂导体情形，使得解析方法有很大的局限性[5].有限元方法是一种非常有效的方法，它在处理复杂非均匀介质目标的电磁散射与辐射问题中有着极大的优势[7].单纯的有限元方法需要应用吸收边界条件去截断计算区域的边界.有限元方法与边界元混合方法综合了两种方法的优势，只需将截断边界选取在目标的边界上，使得内存的需求和计算时间大为降低[8-11].但是，由于涂覆材料的厚度很薄，无论采用积分方程方法还是采用有限元方法与边界元混合，均会遇到待求未知量多、矩阵病态的困难.为实现薄层介质的高效数值求解，阻抗边界条件技术被广泛使用[12],薄介质片及多层薄介质片模型也被提出应用在积分方程法用以进一步降低未知量的数目[13-15].为提升有限元方法分析薄层介质的效率，D. Wulf，R. Bunger发展了三棱柱单元[16].Z.Ren进一步发展了薄壳单元[17]，该单元是三棱柱单元的退化，它类似于三角形面单元，对于薄层介质只需要进行面剖分，而不需要进行体剖分.采用薄壳单元可以极大地降低未知量和计算时间.该方法也被应用到时域有限元方法中[18].由于涂覆目标往往是金属的，在本文中主要处理涂覆各向异性介质的导体目标的电磁散射问题.首先,阐述有限元-边界元方法处理各向异性媒质的基本原理，介绍了薄壳单元的性质及与有限元-边界元方法的结合.通过对比验证了使用薄壳单元分析各向异性介质涂敷金属球和各向异性介质涂敷金属立方体电磁散射的精确性及优势，并给出了使用薄壳单元分析不同涂敷厚度对各向异性涂敷金属立方体电磁散射特性的影响和不同各向异性介质涂敷时对金属立方体电磁散射的影响，得出了有益的结论.1 有限元-边界积分方法基本原理研究导体目标涂覆各向异性介质材料的电磁散射问题.在各向异性媒质中的电场满足麦克斯韦方程为(1)式中：分别是媒质的相对磁导率和介电常数； k0是自由空间的波数.在各向异性媒质与自由空间的边界上，电场满足下列边界条件：(2)(3)式中：是自由空间的波阻抗.在导体边界上满足狄利克雷条件.对于各向异性媒质区域，用有限元方法建立方程为·(E×HS)dS .(4)对上述方程离散并应用权函数，可得到下面的矩阵方程为[K]{E}+[B]{H}={0}.(5)由于这个方程有两个未知量，要求解还需要建立另一个方程.对于边界上的场量，用积分方程方法建立另一个方程,联立两个方程即可求解.积分方程分为电场积分方程和磁场积分方程：(6)(7)式中：和K这两个算子定义为(8)G(r,r′)dS′，(9)式中：对光滑表面有Ω=2π.通常为了避免内部谐振，需要将两种方程混合在一起构成混合场积分方程.将混合场方程进行离散并应用权函数，可得到下面的矩阵方程为[PTE]{ES}+[QTE]{HS}={bTE}.(10)内外两个区域的场通过边界条件联系起来,即联立式(5)和式(10)，可将整个问题用下面的矩阵方程表示为(11)求解方程(11)就可以得到边界上及媒质内部的场量，从而可以进行进一步地分析其散射特性.2 薄壳单元及与有限元-边界积分方法的结合如图1所示，在薄壳单元中，将沿高度方向的矢量场表示为三个结点上的法向场，在薄壳单元中就由沿上下表面的棱边场和结点上的法向场构成所有的场量.高度d方向的场的变化可以用一个线性函数β(z)来表示，并且有上下表面的棱边场的基函数分别用β Nj(j=1,2,3)和来表示(Nj和是三角形单元的棱边基函数).结点处场的基函数用Lj,j=1,2,3来表示(Lj是体积坐标).图1 薄壳单元的结构及矢量方向在薄壳单元中的电场可以表示为[7]：(12)式中：为上表面各棱边电场的展开系数为下表面各棱边电场的展开系数为各结点法向分量的展开系数.采用薄壳单元，在薄层介质中的体积分就可以转换为面积分.有限元方程可写为(13)式(13)中，体积分的处理类似于下面几个式子：∭V(∬S(∬S((14)(15)∭V(∬S(∬S((16)对于导体涂敷各向异性介质的情况，矩阵方程可改写成(17)式中： En1是结点处法向电场展开系数； Eu1是上表面棱边电场展开系数.3 数值结果为了验证采用薄壳元的有限元-边界积分方程方法的精确性，进行了下列考察.3.1 介质涂敷导体球介质涂敷导体球参数的结构参数均为： k0a=1，厚度为a/30.不同的只是介电常数.1) 各向同性介质涂敷导体球为验证程序的有效性，先用采用薄壳单元的有限元-边界积分方法的针对各向异性介质涂敷导体雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS)的程序计算各向同性介质涂敷金属球的双站RCS，选择相对介电常数为其结果如图2所示，可见其计算结果与解析解结果完全吻合，证明该方法的精度是可靠的.图2 各向同性介质涂敷金属球双站RCS2) 各向异性介质涂敷导体球将各向同性介质换成各向异性介质，通过改变介电常数来对比传统有限元-边界积分方程方法与使用薄壳元的有限元-边界积分方程方法的计算结果，以证明其精确性和优越性.情况两种方法的剖分单元长度均为λ0/20，数值结果如图3所示，可见两种方法吻合得较好.两种方法的结点数、单元数、内存和未知量的对比如表1所示，从表1可知采用四面体单元计算所需计算机内存、单元数、未知量分别是采用薄壳元的1.7倍、2.44倍、1.3倍.表1 两种方法对比涂层金属球未知量单元数所需内存/MB有限元⁃边界积分方程方法159584820 4SHELL单元应用于有限元⁃边界积分方程方法122034811 9图3 各向异性介质涂敷金属球双站RCS3.2 介质涂敷金属立方体计算介质涂敷金属立方体的结构均为：边长 0.1 m；波长 0.1 m；入射波仅有分量，入射波方向θ inc=45°,φinc=0°. 不同的是介质厚度和介电常数.1) 各向同性介质涂敷金属立方体为验证方法的精确性，先用采用薄壳单元的有限元-边界积分方法计算各向异性介质散射特性的程序计算各向同性介质介质厚度为0.001 m时的双站RCS.从图4可以看出:采用薄壳元的有限元边界积分方程方法与FEKO软件的计算结果非常吻合，与传统有限元-边界积分方程方法也比较吻合.2) 各向异性介质涂敷金属立方体取相对介电常数介质厚度为0.001 m，对采用四面体单元的有限元-边界积分方法和采用薄壳元的边界积分方法进行对比，两种方法的剖分单元长度均为λ0/10，数值结果如图5所示，可见两者比较吻合.两种方法的结点数、单元数、内存和未知量的对比如表2所示，从表2可知采用四面体单元计算所需计算机内存、单元数、未知量分别是采用薄壳元的1.92倍、2.7倍、1.4倍.表2 两种方法对比涂层金属球未知量单元数所需内存/GB有限元⁃边界积分方程方法776044040 48SHELL单元应用于有限元⁃边界积分方程方法563016080 25 3.3 参数改变对RCS的影响通过改变各向异性介质涂层的厚度和参数来看对双站RCS有什么影响.1) 厚度对RCS的影响选择涂层的介电常数用采用薄壳元的有限元-边界积分方法考察当涂层厚度分别为d=0.01λ0和d=0.05λ0的双站RCS.从图6可以看出:厚度的改变对电磁散射有比较大的影响，在此种情况下，涂层厚度为d=0.05λ0比d=0.01λ0时前向RCS增大了约3 dB，后向RCS减小了约2 dB.2) 不同介质参数对RCS的影响采用薄壳元的有限元-边界积分方法分析改变介质参数对RCS的影响，选择下面几种不同的参数进行比较，结果如图7所示，其中0表示的是没有涂敷的金属立方体.图4 各向同性介质涂敷金属立方体RCS图5 各向异性介质涂敷金属立方体RCS图6 各向异性介质涂敷金属立方体RCS图7 各向异性介质涂敷金属立方体RCS从图7可以看出，没有涂敷各向异性介质的金属立方体比1号介质的前向RCS减少了约5 dB，后向RCS增大了约5 dB.从前三种介质的计算结果对比发现，1号介质与3号介质由于材料类似，对角线元素的值变化不大所以结果相差不大，2号介质与1，3号介质由于材料不同，所以对结果有一定影响，在本文所选介质的情况下，前向RCS变化不大，但2号介质的后向RCS比1、3号介质减小了约2 dB.4 结论通过使用四面体单元的有限元-边界积分方程方法与使用薄壳单元的有限元-边界积分方程方法的对比可以看出：采用薄壳元的有限元-边界积分方法与采用四面体的有限元-边界积分方法相比具有比较高的精度，无论是所需剖分单元数量、未知量还是所需计算机内存上，前者都明显优于后者，采用薄壳元的有限元-边界积分方法在计算各向异性介质涂敷导体时能节省大量的计算机内存和计算时间，剖分越密，效果越明显.由于实际工程中使用吸波材料的厚度都在0.1λ0以下，前面的数据也证明该方法计算厚度为0.1λ0各向异性介质涂敷导体目标双站RCS的精度还是符合要求的，从而证明了该方法分析各向异性介质涂敷导体电磁散射的可行性.从采用薄壳单元来分析当涂敷各向异性介质的厚度改变对目标双站RCS的影响中可以看出：介质厚度的改变对目标RCS有很大的影响.从采用薄壳单元来分析当涂敷各向异性介质的介电常数改变对目标双站RCS的影响中可以看出：涂敷各向异性介质材料与不涂敷介质材料对导体目标的电磁特性有很大影响，并且由于介电常数的不同，其散射特性也有所不同.参考文献[1] 余定峰, 何思远, 朱国强, 等. 各向异性材料涂敷目标电磁散射特性仿真[J]. 电子与信息学报, 2011, 33(7): 1718-1721.YU Dingfeng, HE Siyuan, ZHU Guoqiang, et al. 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高斯粗糙表面涂覆目标太赫兹散射特性
ｔ ｅ ｒ ａ ｈ ｅ ｒ ｔ ｚ（ ＴＨｚ ）ｂ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｋｉ ｒ ｃ ｈ ｈ ｏ ｆ ｆ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ（ ＰＯ） ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ
高 斯 粗 糙 表 面涂 覆 目标 太 赫 兹散 射特 性
赵 华 ， 郭 立 新
（ 西 安 电子 科 技 大 学 物 理 与 光 电 工 程 学 院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ １ ）
摘 要 ：采 用 基 于 基 尔霍 夫 近似 的 物 理 光 学 方 法 ， 研 究 了具 有 高 斯 粗 糙 表 面 的 涂 覆 目标 太 赫 兹 散 射 特 性． 基
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ
Ｇａ ｕ ｓ ｓ ｉ ａ ｎ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｈ ｅ ｒ ｔ ｚ
同粗 糙 度 的粗 糙 表 面 圆锥 目标 和锥 柱 目标 的 太 赫 兹 散 射 特 性 ． 计算结果表 明， 在 太 赫 兹 波 段 目标 表 面 的 粗 糙 度 对 散 射 有 显 著 的 影 响．
等离子喷涂Fe-W-B涂层的微观结构与性能研究
等离子喷涂Fe-W-B涂层的微观结构与性能研究杨国平;李军【摘要】以水雾化Fe-W-B球状合金粉末为原料,在45#钢基体表面采用等离子喷涂技术制备Fe-W-B涂层。
结合扫描电子显微镜( SEM)、 X射线衍射( XRD)、能谱( EDS)、显微硬度计等对Fe-W-B涂层的微观结构、物相组成、元素分布、力学性能进行了研究。
研究结果表明, Fe-W-B涂层呈层状堆叠结构,涂层较为致密均匀；涂层物相为α-Fe相,且衍射峰向小角度偏移,各元素分布均匀；涂层结合强度为23.1 MPa,断裂类型为涂层层间断裂；涂层硬度明显高于45#钢基体,分布在370~405 HV之间。
%Fe-W-B coatings were prepared by plasma spraying with spherical water-atomized Fe-W-B alloy powders on 45# steel substrate. The microstructure, phase composition, element distributionand mechanical properties of Fe-W-B coatings were investigated by scanning electron microscopy ( SEM) , X-ray diffraction ( XRD) , energy disperse spectroscopy ( EDS) , micro-hardness tester, and so on. The results showed that the Fe-W-B coatings exhibited a layered stacking structure and the coatings were relatively compact and uniform. The phase of the Fe-W-B coatings wasα-Fe phase but the diffraction peaks shifted to small angle. All elements homogeneously distributed. The adhesion strength of the coatings was 23. 1 MPa, and fracture type was the interlayer fracture in the coatings. The micro-hardness of Fe-W-B coatings was significantly higher than 45# steel substrate, ranging from 370 HV to 405 HV.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2016(044)011【总页数】4页(P143-145,174)【关键词】Fe-W-B涂层;等离子喷涂;微观结构;力学性能【作者】杨国平;李军【作者单位】四川大学材料科学与工程学院，四川成都 610065;四川大学材料科学与工程学院，四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】TG174.442Fe-W-B合金具有许多特殊物理化学性能，可广泛用作非晶材料、磁性材料、硬质材料、耐磨材料等[1-4]使用。
(完整word版)SERS理论
SERS 的物理类模型物理类模型致力于阐释金属表面局域场的增强，它的主要代表包括表面电磁增强模型和镜像场模型。
1、表面电磁增强模型（Electromagnetic Enhancemant Model ，简记为EM ）表面电磁增强模型[5~7]又可称为表面等离子体共振模型，它认为一个吸附在金属表面的分子的诱发偶极矩是通过金属椭球由入射场和散射场共同产生的。
对于椭球比光波波长小的情况，在频率与偶极表面等离子体共振时，散射场比入射场大，这可以看作是椭球外部空间的场密度的影响。
因此拉曼散射场会与金属颗粒的强散射场引起的金属颗粒表面的等离子体振荡发生共振，这种共振的结果使振荡分子产生了非常大的能量。
如图2－1所示，把一个可以看成经典电偶极子的分子放在球形金属颗粒外的r ' 处，以频率为ω0的平面波照射，分子偶极子会产生频率为ω的拉曼散射，其偶极矩为：),(),(00ωαωr E r P P ∙'=' (2-1)这里的α'是分子的拉曼极化率而P E 包括两部分：),(),(),(000ωωωr E r E r E LM i P '+'=' (2-2)其中i E 是入射场的场强，LM E 是用Lorenz-Mie 理论计算获得的散射场场强。
在观察点r 处与拉曼散射相关的电场由下式给出),(),(),(ωωωr E r E r E sc dip R +=(2-3)图2－1 纳米颗粒表面增强散射示意图其中，dip E 是球形颗粒不存在时振荡偶极子P 发射的场，sc E 是由球形颗粒产生的必须满足频率ω的边值问题的散射场。
拉曼散射的强度R I 是远场振幅R E 的平方：2/)ex p(),(lim r ikr r E I R kr R ω ∞→=，增强因子G 定义为0R R I I G =，其中0R I 是在金属球形颗粒不存在时的拉曼强度。
那么在小颗粒的限制下，增强因子可由下式给出：[]230333033303)(3)1/()1/()(3i n n r g a r i r g a g a r i i n n g a i G ⋅+'+'-'+'-⋅+= (2-4) 这里的i 指入射场在r '处的偏振态，也就是()i E r E i 00,='ω，r r n ''=/ ，g和g 0是表达式()()21+-εε在ω和ω0处的值，其中ε是胶体颗粒与周围物质的复合介电函数的比值。
电磁场与微波技术毕业论文题目
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二、论文参考题目复合材料内部缺陷的微波检测技术研究基于热裂法的微波切割玻璃关键技术研究微波干燥关键技术研究半导体器件的高功率微波毁伤阈值实验技术研究微波热致大米淀粉自由基的生成及稳定性研究MgAI_2O_4基复合陶瓷材料的微波烧结制备研究微波加热系统设计及谐振腔内电磁场分布研究微波加热技术在稠油开采中的应用研究射频元件仿真分析软件校正法的研究单模微波烧结腔内电磁场分布规律及其影响因素的HFSS仿真研究微波技术降解多氯联苯的研究MMIC衰减器的设计与研究微波加热过程中食品物料介电特性检测研究基于波概念迭代法的微波多层电路研究微波真空浓缩设备的设计及其在酶溶液与食品浓缩中的应用研究微波加热CaO-SiO_2体系材料的数值模拟研究动态扫频谐振腔微扰法测量介电常数及磁导率微波成像技术及其不精确牛顿算法的研究基于微波谐振特性及DSP技术的葡萄糖浓度检测系统的研究与实现微波光子接收中的光耦合技术研究电磁场下的热力学及其应用研究工业微波炉腔体电磁场仿真与优化高功率微波作用下的计算机系统失效机理研究遗传算法在微波无源电路参数优化中的应用研究微波无损检测成像系统设计及改进研究电缆半导电屏蔽层微波辅助加热交联技术研究X波段宽带测频相关器技术研究WR-15(50GHz-75GH)z 微波功率国家基准测量技术研究微波无损检测系统接收技术研究基于微波谐振腔技术的水分仪设计利用蛙跳技术计算微波化学中的温度变化悬置线带通滤波器和频分器的设计与研制纯水中PET的微波解聚研究钢筋混凝土结构微波成像的有限元算法研究微波诱导热解电子废弃物过程中金属放电热效应研究三毫米波瞬时测频研究基于HFSS勺微波烧结腔场分布的仿真研究微波强化破乳系统设计及实验研究湿式微波杀菌技术及杀菌装置技术研究多功能微波化学装置的设计与实现微波谐振腔测量蒸汽湿度关键问题研究复变函数在解决电磁场问题中的应用强流皮尔斯电子枪电子束聚焦系统模拟设计研究前列腺增生微波热疗法的数值研究材料微波加热的计算机模拟仿真研究基于电磁热耦合理论的5.8GHz微波道路除冰温度场仿真研究沥青路面就地热再生机组加热装置的研究基于LabVIEW的介质复介电常数无损自动测试研究800MHZ同轴腔体双工器的研制小型化氢原子钟磁控管谐振腔的技术研究辐射电磁干扰对微波有源电路影响的研究生物体电磁特性微波测量的仿真研究基于微带环缝谐振器（MSR）R 的小功率微波微等离子体的研究同轴式圆波导TM_（01）-TE_（11）模式变换器的研究FFT技术在微波电路与电磁散射分析中的应用微波对油水乳状液作用规律的数学模型研究盐辅助稠油微波脱水机理研究“敏化剂”辅助微波处理油田污水的实验研究微波场对用于红蓝光LED笼状荧光球的形貌演变和能量传递规律的影响新型宽带多端口环行器的建模、仿真与试制研究应用于微波管的双开槽叶片加载慢波结构的研究工程陶瓷微波辅助塑性加工的研究基于FDTD法的特种脊波导的传输特性研究同轴型微波介质滤波器研究共面波导激励电磁场对舵面的直接力控制数值仿真研究皮尔斯电子枪的PIC 模拟THz准光回旋放大器输入系统研究微波冷冻干燥放电击穿研究各向异性媒质的时域有限差分分析UW近场环境下乳腺肿瘤的成像方法研究液相微波等离子体的发生方法及水处理特性微波加热沥青路面热再生养护机温度控制系统设计及实验研究基于ANSYS勺普洱茶微波干燥过程温度场的数值分析基于微波干燥生物材料的传热传质机理研究弹道靶微波测量系统的闭式谐振腔研究设计铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究应用于微波管的微带型曲折线慢波结构的理论研究热疗系统中射频功率放大器和天线的设计RF MEMS微波功率传感器的设计与分析微波混频器的时域谱元分析微波铁氧体器件的非互易性和非线性问题研究共面波导与微带线无通孔转接头结构的研究与设计高功率微波器件及热效应分析软件设计双频螺旋腔带通滤波器研究静电驱动MEM微波开关设计与仿真2〜6GHz超宽带同轴环行器建模、仿真及研制电磁场积分方程的快速直接解法隔片极化器设计及冲击脉冲雷达目标探测技术研究宽带数控延时线芯片的研制MPMB增益均衡器研究调控电磁波基于微波检测的混凝土结构仿真及反演研究小型化宽阻带低通滤波器的设计与研究基于磁耦合的矩形波导—微带过渡电路研究及应用铁氧体薄膜移相器的设计毫米波辐照下动物体表温度研究椭球谐振腔微波等离子体系统的研究高功率微波器件冷腔物理特性的数值模拟使用HFSS-MATLAB-AF 设计天线的研究微波无损检测原理及逆散射成像算法的研究纳米金属光天线远场特性的研究2.45GHz LTCC平衡带通滤波器的设计小型化超宽带接收组件的研究FDTD算法的局域网并行研究基于终端开路同轴反射法的高频段生物组织介电特性测量探索感应式无线充电技术的研究基于空间域迭代法的微波成像算法研究微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术基于改进FDTD的共面波导电磁特性计算及测试方法研究微波聚焦技术及其热裂法切削实验研究用于微型铷原子频标中 6.835GHz 微波器件的研究蓝宝石回音壁模温度计的探索研究基于微波谐振腔的纸张含水量在线测量技术研究微波介质材料电磁特性参数测量的研究磁谐振耦合无线电能传输系统谐振器的仿真和实验研究基于CST的舰船RCS勺研究FPcA-I 型太赫兹时域光谱系统仪器化研究谐振耦合式电能无线传输系统研究沥青路面微波加热快速维修技术和设备的研究PLC在广播电视设备分布式微机监控系统中的应用N-[ （n-丁氧酰基）乙基]马来酰亚胺微乳液的微波聚合和热聚合的研究与表征基于超高频法的敞开式变电站局部放电信号监测的研究吸收边界条件的研究及其在电磁散射中的应用几种晶体材料的太赫兹波电光特性研究频率选择表面仿真设计与优化粗糙表面散射的数值计算微波在线密度检测技术的研究及应用电磁场数值计算中的内插和外推X波段过模波导高功率微波脉冲压缩技术研究基于SiP 技术的微波无源电路研究谐振腔法测量材料介电常数的研究微波宽带功率合成技术研究基于LTCC技术的微波滤波器设计与研究LTCC微波组件集成技术研究旋转机械故障诊断系统的电磁耦合谐振无线供电研究X波段四端环行器仿真设计与研究高频连接器性能分析基于LTCC技术的微波毫米波滤波器与L波段收发前端C波段驻波加速管的物理设计与实验研究电磁场中光子与弱耦合粒子的转化微分截面微波法处理生活污水的实验研究基于Mathematic 的电磁场计算与可视化X、Ku Ka频段微带倍频器研制活性炭吸附——微波解吸回收淡酒液中酒精的试验研究光子微波接收技术研究微波铁氧体材料电磁参数测量研究微波处理聚合物驱油田采出水的实验研究基于模糊控制方法的子宫内膜热疗仪温度控制系统微波固相法快速合成稀土卤化物大黄鱼微波热穿透工艺研究、品质分析及货架期预测。
电磁波在雨介质中的传输特性及其中椭球类目标的散射特性研究
电磁波在雨介质中的传输特性及其中椭球类目标的散射特性研究电磁波在雨介质中的传输特性及其中椭球类目标的散射特性研究引言：电磁波传输和散射是当今无线通信、雷达探测以及大气物理研究中的重要问题。
在大气中，雨是一种常见的介质，在电磁波的传输过程中起到了重要的作用。
了解电磁波在雨介质中的传输特性以及针对其中椭球类目标的散射特性进行研究，有助于改进无线通信技术、提高雷达探测的准确性以及深入理解大气物理过程。
一、电磁波在雨介质中的传输特性1. 电磁波的频率与雨粒对传输的影响雨粒是导致电磁波衰减的主要因素，在不同频率下，雨粒对电磁波传输的衰减程度有所不同。
较高频率的电磁波更容易被雨粒吸收和散射，导致传输距离的衰减更加明显。
2. 雨滴尺寸和密度对电磁波传输的影响雨滴尺寸和密度与电磁波的散射有着密切的关系。
较大的雨滴能够更强烈地散射电磁波，从而导致较大的传输损耗。
此外，雨滴的密度也会影响到电磁波的传输效果，更密集的雨滴会导致更严重的传输损耗。
3. 雨强对电磁波传输的影响雨强对电磁波传输的影响也非常显著。
随着雨强的增加，电磁波在雨滴中的衰减效果变得更为明显，从而导致传输距离的缩短以及信号强度的降低。
二、椭球类目标的电磁波散射特性研究1. 椭球类目标的电磁波散射理论椭球类目标是大气中常见的散射体，其散射特性通过雷达观测得以捕获。
根据散射理论，椭球类目标的散射特性与目标尺寸、形状以及材料特性有关。
2. 椭球类目标的散射特性实验研究通过实际的雷达观测与实验室模拟，可以获取椭球类目标的散射特性数据。
这些数据对于雷达系统的性能优化以及大气条件下的目标识别和目标跟踪具有重要的意义。
3. 散射特性数据的分析与应用通过分析椭球类目标的散射特性数据，可以提取目标的结构信息、运动特性以及目标材料的物理性质。
在无线通信和雷达探测中，这些信息对于改进信号处理算法、提高目标探测与识别能力非常有价值。
结论：电磁波在雨介质中的传输特性与雨粒尺寸、密度、强度密切相关，在无线通信和雷达探测中需要进行补偿与优化。
薄层等离子体隐身天线罩散射分析
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Ｓｕｍ ２ ＮＯ．９５
薄 层 等 离子 体 隐身 天 线 罩 散射 分析
孟 刚 ，莫锦 军 ． 一 ，任 爱民
（ ．北京航天长征飞行器研究所，北京 ，１０ ７ ；２ １ ０ ０ ６ ．国防科学技术大学，长沙，４ ０ ７ ） １０ ３
摘要 ：为降低 雷达舱 的电磁散射 ，提 出了一种薄层等 离子体 隐身天线罩模型 。利用 时域有 限差分 方法计算 了该模型 的电 磁散射特 性，分析 了等 离子体 电子密度 和碰撞频率对其 隐身效果 的影响 。经过 大量 的分析计 算发现 ，薄层 等离子体 天线罩 的 隐身机理主要有 两个方 面： 当入射 波频 率小于等 离子体 特征频率 时，等 离子体对入射波是截止 的，因为罩体是低散射外形而 实现 隐身； 当入射 波频率大于等 离子体特征频率 时，部 分电磁波 能进入天线罩 ，但 因等 离子体 对入射 波的吸 收而衰减 。 关键词：等 离子体 ；隐身天线罩；雷达散射截 面；时域有限差分法
基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析
基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析引言：近年来，随着雷达技术的快速发展和应用领域的不断拓展，对于覆盖等离子体目标电磁散射的研究逐渐受到了广泛关注，这对于提高雷达探测性能具有重要的意义。
而高频算法作为一种计算方法，可以有效地分析和模拟电磁波在目标表面的散射特性。
本文将介绍基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析的方法和应用。
一、高频算法的基本原理高频算法是一种基于物理光学和电磁散射理论的计算方法，通过对目标表面进行规划和分区，以及对电磁波的衍射、反射和透射等现象的模拟，实现对目标电磁散射特性的计算和分析。
高频算法具有较高的计算精度和速度，广泛应用于雷达散射战斗中，对于覆盖等离子体目标的电磁散射分析也具有一定的优势。
二、覆盖等离子体目标的电磁散射特性覆盖等离子体目标是一种特殊的目标类型，由高温等离子体组成，具有较强的电磁散射特性。
其散射特性受到等离子体密度、温度和电磁波频率等因素的影响。
覆盖等离子体目标的电磁散射分析需要考虑等离子体和表面的相互作用和相互影响，以及不同频率下的能量吸收和散射规律等。
三、基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析方法基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析方法包括以下几个步骤：1. 目标表面的几何建模：将覆盖等离子体目标的表面进行几何建模，确定目标的几何形状和特征。
2. 等离子体参数的确定：根据实际情况和测量数据，确定目标表面等离子体的密度和温度等参数。
3. 目标电磁波的衍射、反射和透射计算：基于高频算法，分析目标表面对电磁波的衍射、反射和透射现象，计算各种传播路径下的电磁场分布。
4. 散射截面的计算：根据目标的散射特性和电磁场分布，计算目标的散射截面，评估目标的散射强度和散射特性。
5. 散射特性的分析与优化：通过对散射截面的计算和分析，进一步研究目标的散射特性，优化目标的结构和材料，提高目标的散射性能。
四、应用案例分析基于高频算法的覆盖等离子体目标电磁散射分析取得了一定的研究进展，并在实际应用中得到了广泛应用。
纳米微结构中表面等离子体的机理及应用研究
器的折射率灵敏度依赖于金属膜厚度， 因此通过改变金属膜厚度， 可以使 SPR 传感器 的分辨率达到 2.2 × 10 −7 单位折射率。
(5) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用反射光谱分析方法，提出了一种多层膜结构的金属纳米光栅 LSPR 传感
器。 该结构由金属薄膜和金属光栅组成， 可以同时激发局域的 SPPs 模式和传播的 SPPs 模式，两者之间发生强相互作用，从而产生一个新的附加共振峰。当金属光栅周围介 质折射率增加时，附加共振峰将发生红移，共振波长与折射率变化近似成线性关系。 分析了金属光栅周期和高度对 LSPR 传感器折射率灵敏度的影响，当光栅周期为
sppssp光子ckk图22金属电介质表面spps色散曲线示意图前面分析的是表面电磁场在tm偏振情况下的基本特性如果考虑te偏振的表面电磁场在两个半无限空间的电场表达式与式21和式22中的磁场表达式类似只是电场分量和磁场分量互换根据maxwell的旋度方程式23可得到两个空间的磁场分量再引入边界条件解maxwell方程组结果发现不存在非零解这说明te偏振的表面电磁场在金属介质界面不能存在
550nm，高度为 40nm 时，其折射率灵敏度可以达到 543nm/单位折射率。
关键词： 表面等离子体
纳米微结构
SPR 传感器
LSPR 传感器
II
Abstract
The research work in this thesis is supported by the pre-research special project in important fundamental research of China Science and Technology Department under Grant No. 2005CCA04200. By using rigorous coupled wave ananlysis (RCWA) and the mode orthogonality, the physical mechanisms of the surface plasmon polaritons (SPPs) generation and scattering in the subwavelength metallic structures are analyzed quantificationally; On the basis of the surface plasmon resonance (SPR) and localized surface plasmon resonance (LSPR) effects, SPR sensor based on the lateral optical beam displacements measure and LSPR sensor based on the nano metallic gratings are proposed, respectively. The main research works are as follows: Firstly, based on RCWA method and the mode orthogonality, the SPPs excitation efficiency at a metallic interface perforated by a single slit under illumination by a fundamental mode of the slit and a plane wave are quantificationally analyzed， respectively, and the properties of the electromagnetic field scattered by the single slit are dicussed. Specially, the propagation behaviors of two kinds of surface wave in the metallic surface, SPPs and quasi-cylidrical wave are investigated. Secondly, a fully-vectorial Fourier-modal-method approach combined with the Lorentz reciprocity theorem is used to analyze the capability of isolated objects to launch surface plasmon polaritons (SPPs) on a nearby surface under illumination by light. Various two-dimensional subwavelength geometies, including grooves, metallic or dielectric ridges and metallic ridges on dielectic posts, have been considered. Generally, for a given object volume, the metallo-dielectic ridge geometry offers the higherst SPPs excitation efficiencies. This is propably due to the fact that this geometry combines several effects that favor the exaltation of resonance. The SPPs generation efficiency strongly depends on the metal permittivity. Thirdly, the mechanism of the interaction between the microstructures on the metallic surface is studied. Based on the RCWA method, the SPP-generation efficiency for the double grooves on the metallic surface is analyzed quantificationally, and according to the “pure” SPPs model, the essential scattering process of SPPs between two grooves is discussed. Furthermore，a novel model contaning the cross conversion from cylindrical
纳米Ag材料表面等离子体激元引起的表面增强拉曼散射光谱研究
物 理 学 报
ACTA PHYSICA SINICA
Vol. 58 ,No. 3 ,March ,2009 ν 2009 Chin. Phys. Soc.
纳米 Ag 材料表面等离子体激元引起的 表面增强拉曼散射光谱研究 3
关键词 : 热蒸发 , 纳米 Ag 材料 , 表面等离子体 , 表面增强拉曼散射 PACC : 7320M , 3220F , 3320K
11 引 言
表面 增 强 拉 曼 散 射 ( surface enhanced Raman scattering ,SERS) 是将激光拉曼光谱应用到表面科学 研究中所发现的异常的表面光学现象. 它的产生机 理可分为电磁场增强和化学增强 ,其中电磁场增强 模式得到了广泛的认可 ,有文献指出在 SERS 的增 强效果中 , 电磁场增强起主要作用[1 ,2] . 由于 SERS 具有很高的增益因子 ,甚至可达上百万倍以至更高 , 因此在探测器的应用和单分子检测方面具有巨大的 发展潜力[2 ,3] .
示为[ 3 ]
Esp
=
r3
ε(ω) ε(ω)
+
εm 2εm
E0
(
r
1 +
d) 3
.
(2)
由于表面等离子体的极化场与入射光场方向上
的一致性 ,因此上式表示为简化后的标量叠加. 亦即 该处的电场强度应该等于入射场与表面等离子体电
场的叠加 ,即
EM = E0 + Esp
= E0
1
+
r3
ε(ω) ε(ω)
体的共振峰红移[12] .
磁化等离子体覆盖导体散射问题的FE／BI方法分析
磁化等离子体覆盖导体散射问题的FE／BI方法分析崔志伟;韩一平;李明磊【摘要】基于矢量有限元方法和边界积分方程，推导了分析三维导体表面覆盖各向异性磁化等离子体电磁散射问题的矢量有限元／边界积分（FE／BI）方法公式，并将该方法推广到外磁场沿任意方向时磁化等离子体的情形。
应用该方法计算了磁化等离子覆盖导体目标的双站雷达散射截面（RCS），分析了等离子体厚度、密度、碰撞频率和外磁场方向对雷达散射截面的影响。
数值计算结果表明：在导体表面覆盖各向异性磁化等离子体并且选取合适的参数，能够有效地减少雷达散射截面。
【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】6页(P973-978)【关键词】磁化等离子体;各向异性;FE／BI方法;电磁散射【作者】崔志伟;韩一平;李明磊【作者单位】西安电子科技大学理学院,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】O4411.引言近年来,由于等离子体隐身技术在军事领域的广泛应用,而使其成为国内外广泛关注的一个研究课题。
等离子体既有损耗,又有色散,在有外加磁场作用时还表现出各向异性特性。
当电磁波在磁化等离子体中传播时,等离子体不仅能够衰减入射波的能量,而且还能改变它的传播方向和极化方向,因此,在突防飞行器表面覆盖磁化等离子体可以吸收雷达波和形成波形畸变,从而减小雷达散射截面,使飞行器具有雷达隐身性能。
要实现这种隐身方法,就需要定量分析磁化等离子体覆盖目标的电磁散射特性。
磁化等离子体是一种特殊的各向异性介质,目前只有一些典型的磁化等离子体覆盖目标才可以得到严格的解析解,如球体目标[1]。
但对于任意形状的三维复杂目标,解析方法往往无能为力,能够广泛发挥作用的唯有能够分析含有各向异性介质散射问题的各种数值方法,如积分方程法[2]、时域有限差分(FDTD)[3]方法和混合矢量有限元/边界积分(FE/BI)[4-5]方法等。
FDTD方法是分析各向异性磁化等离子体覆盖导体目标与电磁波的相互作用的主要数值方法[6],但是采用FDTD方法需要将无限求解域截断,截断边界要保持与等离子覆盖层相当距离,以保证吸收边界的精度,这就扩大了求解域,更为不利的是吸收边界是近似的,其近似程度随散射体形状而变化。
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研究涂 层椭 球 目标 的散 射 问 题 主 要 选 取 椭 球 坐 标 系 （ ， ， ， 与 直 角 坐 标 系 （ Ｙ ｚ ’ ） 它 ７ ｚ， ， ）之 间 的关 系
满足：
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ｚ一 （ ２ Ｏ 。 ｄ／ ） ？
椭 球上 ， 间被分 为 ３ 空 部分 ： 外部 自由空 间 ， 离子涂 层 和 内核 ． 等 其
坐标 系的 中心 位于椭 球 中心 ， 图 １所 示 ， 射 角 ａ是入 射 波 与 ｚ 如 入 轴 的夹角 ， 于 戏 平 面 内． 为散 射方 位 角 ， 为散射 角 ， 位 ０为散 射 ， ． ．’ ．。 ． ・ ・
９５ ０
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瓦 ８ ， １ Ｐ
（ｂ ８）
其 中 ｈ ， ｈ ｅｈ ， 为椭球 坐标 系下 的拉 梅系数 口 Ｋｏ ｒｖ指 出 由椭球 函数表 达 的电磁场 矢 量方位 分量 的表 达 ． ｍａｏ
式中指数 一１ 相应的入射场、 ． 外部散射场 、 涂层散射场 、 内核散射场的 ， Ｈ镏具体表达式参见文献［］ ９， 其中的未知展开系数 ｎ ， ｃ 。 ６ ， ｛ ， 可由边界条件（） ３得出， 并且对于 Ｔ 入射波可以得到系数 ］ Ｍ ¨
Ｅ。 ‘ 一 （ Ｃ Ｓ —ｉ ｓｎ ） ｘ ［ｋ （ ｓ ＋ｚＣＳ ） ｆ Ｏ ａ ｉ ａ ｅ ｐ ｉ１ ｉ ａ Ｏ ］ ｎ ａ
（ ａ ４）
（ｂ ４）
Ｈ 一 （ １ 。 ｅｐｉ （ ｎ ＋ Ｏａ］ ㈣ ￡ ） ｉ ｘ［ １ ｓ Ｃ ． １ ｋ ｚ ｉａ ｓ）
需要 说 明的是 ， 有 的场可 以分 为两部分 ： 所
Ｅ 一 。＋Ｅ 。 ， Ｈ“ “ ； 一 日｝ 。＋ １ １ １ 轴对称 部分 的求 解 ． ． ， ｉ ０ １２３ ， 一 ， ， ，
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其 中 Ｅ（， 。为与方 位角无 关 的轴 对称 分量 ， Ｅ； Ｈ 为非 轴对称 部分 ， 。 Ｈ（ 而 ， 它们 关于 的积分 为 ０ ．
Ａ ｃ， ）簧～ ［ 。ｃ， 一９ （ ， ］ （。ｃ （ ）吼 （ 毛） １ ｃ 岛） Ｆ ，
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撞频 率 和密度 ， 为 电子 质量 ， 电子 电荷 数 ， 为人 射 波角 频 优。 ｑ为 ‰
率． 等离子 体对 电磁波 有 吸 收作 用 ， 大 程 度 上取 决 于 碰 撞 频率 ． 很 电磁 波 的电场对 电子 做功 ， 电子 获 得动 能 ， 过 它 与 中性 粒 子 、 通 离 子 和其他 电子 的碰撞 ， 把这 种能量 转换 为粒子 无 规则 运 动 的能量 ， 使 得 电磁 波被 吸收． 虑 一 平 面 电磁 波 照射 到 等 离 子体 涂 层 导 体 考
ｎ
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Ｐｏ＋Ｐ１一 （ ） ［］ ｒｈ ｍ ：
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第 ５期
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蕊 等 ： 离子 体 涂 层 椭球 目标 的 电磁 散 射 等
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其 中 ｄ是 椭球 焦距 ， 符号“ 干”分别 对 应 于扁 长 椭球 和 扁 圆椭 球 ． 于扁 长 椭球 有 ∈∈［ ，。 ， ∈ ［ １ １ ， 对 １ｏ ） ＇ 一 ，］ ７
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９４ ０
西安 电子 科技 大 学 学 报 （ 自然科 学版 ）
第３ ５卷
１ 等离子体涂层椭球散射场的求解
１ １ 等 离子体涂 层椭 球散射 场 的推导 ． 等离子 体相 对介 电常数 通常 由下式 来确定 ：
ｅ ，一 一 一 一 一ｊ ２
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㈣
其中∞ ＝ （， ／ｅ ） ， ｑ ２ （ ） 和Ｎ 分别为等离子体角频率、 Ｎｅ 。 碰
口
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其中 Ｓ 为归一化 因子 ， 州 为椭球角 函数． 于 Ｔ 波 ， Ｎ 对 Ｍ 由于 Ｐ Ｑ 是非零的 ， （） 这就意 味着ｎ”一 口 ； ； 一