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基于Mie理论手征介质球电磁散射及光力研究

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基于Mie理论手征介质球电磁散射及光力研究

作者：段正杰电子科技大学

学位级别：硕士

随着电磁波理论及其应用的不断发展,针对各类复杂目标的电磁散射、光力等也较之前有了更多的研究。在研究电磁散射、光力的电磁方法中,常用的有Lorenz-Mie散射法、传输矩阵(Transmission Matrix)法、时域有限差分(Finite-Difference Tim... 详细信息

随着电磁波理论及其应用的不断发展,针对各类复杂目标的电磁散射、光力等也较之前有了更多的研究。在研究电磁散射、光力的电磁方法中,常用的有Lorenz-Mie散射法、传输矩阵(Transmission Matrix)法、时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain)法、矩量法(Method of Moment)、有限元(Finite Element Method)法等,其中目标物体为球状时,Lorenz-Mie散射法是求解速度最快和最准确的一种。本文主要采用了Lorenz-Mie理论的方法来对手征介质球的电磁散射和光力问题进行相关研究。首先,通过对球矢量波函数的求解和近似可以求出单层手征介质球的散射系数公式,运用散射系数公式可以求出手征介质球的双站雷达散射截面(Bistatic Radar Cross Section)。在研究手征介质球的电磁特性过程中,我们发现入射波束不一样,对应的电磁特性也不一样,因此,本文对入射波束进行了分析和总结,给出了基本高斯波束、厄米高斯波束、拉盖尔高斯波束的电场分布图。然后,讨论了不同手征系数、介电系数、介质球半径的手征介质球的电磁散射特性,另外当手征介质球具有负折射率特性时,对应的电磁散射特性也不一样。单层球的电磁散射特性情况,相对来说是比较容易的突破口,通过单层到多层的递推关系,我们可以得到多层球的散射系数公式,进而研究多层手征介质球的电磁散射特性。最后,在得到单层、多层手征介质球的散射系数后,根据电磁场的动量守恒定律,可以计算得到手征介质球的辐射力表达式。通过介质球的辐射力表达式,我们从几个方面分析了手征介质球的电磁辐射力变化情况。在研究辐射力时,通过波束的电场表达式,求出光束的光束因子表达式,从而计算Davis高斯波束、在轴拉盖尔高斯波束的轴向辐射力情况。通过对手征介质球的电磁波散射、辐射受力情况进行分析研究,使得Mie理论在生物医学、化学冶金、大气环保、航天探索等方面有广泛应用。

关键词： Mie理论手征介质电磁散射光力高斯波束拉盖尔高斯波束

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微波滤波器及移相器无源电路的研究

微波滤波器及移相器无源电路的研究

作者：牟荟丰电子科技大学

学位级别：硕士

相较于传统的右手材料,左手材料具有逆向或反向效应,支持后向波传播。由于它独特的负折射率、逆多普勒效应、亚波长衍射、逆切伦科夫辐射等电磁特性,使其具有广泛的应用前景,世界范围内左手材料的广泛研究也推动了尤其在微波器件中的相... 详细信息

相较于传统的右手材料,左手材料具有逆向或反向效应,支持后向波传播。由于它独特的负折射率、逆多普勒效应、亚波长衍射、逆切伦科夫辐射等电磁特性,使其具有广泛的应用前景,世界范围内左手材料的广泛研究也推动了尤其在微波器件中的相关应用。由于其介电系数和磁导率为负,能量与波矢量方向相反,所以具有左手定则。电磁带隙材料(包括电磁带隙结构(EBG)和缺陷地结构(DGS))是由光子晶体发展而来的,是由一种介质在另一种介质中周期性或非周期性排列组成的新型人工电磁材料,可控制等效介质的电磁波传播。其主要特点是,频率落在材料带隙内时,电磁波将无法传播,材料具有带阻、慢波、高阻抗、结构紧凑等特点,能更好的抑制谐波、提高效率,减小器件尺寸,具有广泛的应用前景。本文通过采用左手材料、缺陷地等新型结构,对几种新型高性能的滤波器和移相器等无源器件进行研究,以改善微波通信系统的性能。主要内容概括如下:针对实际工程应用以及现有微波器件的特点,充分利用新型人工电磁材料独特的电磁特性,从微波器件的设计理论出发,该新型人工电磁材料在微波器件中可用于各种系统。主要研究人工电磁材料对微波器件原有功能和结构的优化改善,研制人工电磁材料型微波器件试样,主要包括滤波器和移相器,工作频段在Ku波段内。通过采用新型人工电磁材料,进一步改善微波器件的性能,减小微波器件尺寸,并兼顾器件的电磁兼容性能,同时探索开发器件的新功能,促进微波器件进一步向小型化、集成化、高可靠性、高可控性方向发展。本论文总共设计了两款微波无源电路,从实验结果可以看出,他们的工作性能良好且具有明显的尺寸优势。因此,它的研究进一步表明,左手材料的使用,电磁带隙结构的设计对射频系统的小型化和集成化的微波无源电路具有重要意义。

关键词：复合左右手传输线电磁带隙结构滤波器移相器

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分层非均匀介质电磁参数提取的研究

分层非均匀介质电磁参数提取的研究

作者：裴杰电子科技大学

学位级别：硕士

电磁特性是材料的重要物理性质,材料的电磁特性由其电磁参数来表示,对电磁特性的研究有重要的理论意义和应用价值。随着各种复合材料在不同领域的日益发展和应用,分层材料在工程技术领域的应用变得越来越多,以及多种新材料的不断涌现,... 详细信息

电磁特性是材料的重要物理性质,材料的电磁特性由其电磁参数来表示,对电磁特性的研究有重要的理论意义和应用价值。随着各种复合材料在不同领域的日益发展和应用,分层材料在工程技术领域的应用变得越来越多,以及多种新材料的不断涌现,比如双各向异性介质(bianisotropic media),这些都对材料的电磁参数的提取提出了新的要求。因此,对分层介质以及双各向异性介质电磁参数提取方法的研究是十分急切且必要的。首先,本文基于传输反射法将单层介质的电磁参数提取扩展到了双层介质,推导出了一种提取双层介质其中一层介质的电磁参数的方法,该方法是在矩形波导中填充双层均匀介质,通过对波导的散射参数进行提取,然后反演得到未知层介质的介电系数和磁导系数表达式,并且考虑在此情况下的厚度谐振,多值问题以及其它可能遇到的问题。原有的NRW T/R法仅限于固体介质的电磁参数提取,本文改进后的方法也适用于提取液体及粉末状固体。其次,本文提出了利用遗传算法同时提取双层介质的介电系数以及厚度的方法,并与传输线法进行了比较。传输线法的优势在于无需迭代优化,能快速提取出待测材料的电磁参数,遗传算法的优势在于能够同时提取多个未知参量,即可同时提取双层材料的电磁参数以及厚度。最后,本文提出了一种提取双各向异性介质张量电磁参数的方法,该方法利用转移矩阵求解自由空间中的单轴双各向异性介质板的散射场方程,并与遗传算法结合可以对双各向异性介质板的张量电磁参数进行反演。螺旋状的非磁性金属线圈已经被证明具有双各向异性,一组由该线圈组成的阵列被用来模拟单轴双各向异性介质板,利用HFSS对其进行建模、仿真,得到散射参数代入遗传算法中进行反演,获得了等效双各向异性介质的张量电磁参数,其结果与文献结果相吻合,证明了这种方法的有效性。

关键词：非均匀介质双各向异性参数反演 NRW T/R法遗传算法

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涡旋电磁波在分层介质中传播特性的研究

涡旋电磁波在分层介质中传播特性的研究

作者：张建电子科技大学

学位级别：硕士

涡旋电磁波因其携带的轨道角动量和螺旋相位波前而以一种新的复用方式出现,可从根源上解决复用通信中速率和信道容量问题。另一方面,电磁波在地质勘探、石油探测、卫星通信、光学元件设计等诸多领域中经常会跨越不同媒质传播。因此,本... 详细信息

涡旋电磁波因其携带的轨道角动量和螺旋相位波前而以一种新的复用方式出现,可从根源上解决复用通信中速率和信道容量问题。另一方面,电磁波在地质勘探、石油探测、卫星通信、光学元件设计等诸多领域中经常会跨越不同媒质传播。因此,本文研究涡旋电磁波在分层介质中的传播特性是非常有意义的。首先,贝塞尔涡旋光束作为一种体波,是由一系列平面波叠加构成,通过矢量角谱理论和傅里叶变换得到了贝塞尔涡旋光束电磁场的角谱形式。经过算例验证,证明了本文中基于角谱理论的矢量贝塞尔涡旋光束的准确性。其次,根据平面波在分层介质中的反射和透射理论,利用广义反射和透射系数法得到了斜入射到分层介质时贝塞尔涡旋反射和透射光束电磁场的角谱表达式。在此基础上,数值模拟了x线性极化贝塞尔涡旋光束斜入射到含SiO2、A12O3、Ti2O3不均匀介质板的反射和透射。结果表明,透射贝塞尔涡旋光束与入射光束相比,总电场强度稍微有所减小,且从圆对称形状变成了椭圆对称形状,电场轮廓也发生了明显的偏移。反射贝塞尔涡旋光束的电场则发生了严重的畸变和偏移。然后,从张量的本构参数出发,基于广义传播矩阵法推导了贝塞尔涡旋光束斜入射时单轴各向异性单层介质和多层介质的反射和透射系数,通过自耦和互耦的反射、透射系数的线性组合得到了 TE波和TM波的总反射和透射系数。在此基础上,数值模拟了x线性极化贝塞尔涡旋光束分别通过方解石板和含方解石板、石英、冰构成的各向异性介质的反射和透射。结果表明,透射贝塞尔涡旋光束,与入射光束相比仍然保持与原来相似的轮廓。贝塞尔涡旋光束在三层介质中发生更多次的反射与透射,所以反射贝塞尔涡旋光束发生的畸变程度比单层的更严重。最后,给出了贝塞尔涡旋光束从分层介质中向无限大空间传播的电磁特性。为了便于匹配切向分量连续的边界条件,通过分解哈密顿算符推导出贝塞尔涡旋光束电磁场的横向和纵向场分量。接着利用分离变量法和求解贝塞尔涡旋光束所在分层介质中满足的有源波动方程,推导得到每层区域含波幅度的电磁场表达式。在此基础上,数值计算了贝塞尔涡旋光束在浅海中跨海-空界面的传播。结果表明,贝塞尔涡旋光束在空气中产生的电磁场呈轴对称分布,电场z分量和φ分量的幅度远大于磁场z分量和φ分量的幅度。而且电场φ分量的幅度在中心环上比较突出,随距中心环的距离增加而剧烈衰减。

关键词：贝塞尔涡旋光束角谱理论分层介质传播矩阵法

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群聚尘埃粒子的电磁散射特性研究

群聚尘埃粒子的电磁散射特性研究

作者：续立耀电子科技大学

学位级别：硕士

尘埃粒子存在于我们生存环境中的每个角落,并时时刻刻都在影响着我们的生活。近年来,群聚尘埃粒子的电磁散射问题是一个受到广泛关注的研究课题,其因为电磁波在群聚尘埃粒子中的电磁散射问题与太空探测,激光通信,电磁波传输等领域都密... 详细信息

尘埃粒子存在于我们生存环境中的每个角落,并时时刻刻都在影响着我们的生活。近年来,群聚尘埃粒子的电磁散射问题是一个受到广泛关注的研究课题,其因为电磁波在群聚尘埃粒子中的电磁散射问题与太空探测,激光通信,电磁波传输等领域都密切相关。本文主要对群聚尘埃粒子的电磁散射特性进行了研究,其主要的工作如下:1.基于Mie理论,研究了太赫兹波入射下宇宙尘埃粒子的单次散射特性。比较了太赫兹波入射下宇宙尘埃粒子的Mie散射相位函数与双HG(Double Henyey-Greenstein)散射相位函数的异同。探讨了入射波频率和粒子粒径对尘埃粒子散射方向性的影响,计算结果表明:随着入射波频率和粒子粒径的增加,尘埃粒子的电磁散射越来越集中在散射角为0.5弧度的前向散射范围内。2.基于广义多粒子Mie理论(Generalized Multiparticle Mie-solution,GMM)与Metropolis蒙特卡罗模拟方法,探究了入射波频率,粒子密度,粒子粒径对群聚尘埃粒子多次散射特性的影响。首先使用Metropolis蒙特卡罗方法对群聚尘埃粒子的分布进行了模拟,后采用GMM对其重要的电磁参量进行计算,其计算结果表明:随着入射波频率,粒子密度和粒子粒径的增加,散射角为0度附近的散射函数值增大;随着粒子密度和粒子粒径的增加,其总吸收截面,总散射截面,总消光截面均增加。3.对满足有限扩散集团凝聚(Diffusion-Limited Clustered Aggregation,DLCA)分形生长模型下群聚尘埃粒子的多次散射特性进行研究,并探究了凝聚集团数对其电磁散射特性的影响。首先通过仿真的方式模拟了尘埃粒子在DLCA分形生长模型下的分布,并利用GMM计算了其重要的电磁散射参量,数值结果表明:当单位体积中尘埃粒子数一定时,随着凝聚集团数的增加,其在散射角为0度附近的散射函数值减小,且其总散射截面与总消光截面均减小。

关键词：电磁散射群聚尘埃粒子 Metropolis蒙特卡罗分形生长模型

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分布式仓库智能保障系统研究与实现

分布式仓库智能保障系统研究与实现

作者：王灿强电子科技大学

学位级别：硕士

仓储与物流环节作为电子商务的核心环节,传统的仓库管理与物流环节的保障主要靠人工核对,占用了大量的人力和物力,效率非常低下。如何在互联网环境下进行分布式的大面积的仓储管理以及智能保障,是当下企业特别是物流企业面临的重大挑战... 详细信息

仓储与物流环节作为电子商务的核心环节,传统的仓库管理与物流环节的保障主要靠人工核对,占用了大量的人力和物力,效率非常低下。如何在互联网环境下进行分布式的大面积的仓储管理以及智能保障,是当下企业特别是物流企业面临的重大挑战。分布式仓库对于物流企业和仓储管理提高现代化及信息化水平具有重要的意义。本文主要研究基于无线射频识别技术及分布式多层架构体系的仓库智能保障系统的设计与实现。本文研究分布式仓库智能保障管理系统的主要思路按照软件工程的基本流程与方法,首先对阐述相关问题场景,对系统进行可行性分析,然后引入软件的需求论证,包括设计目标、设计原则以及功能模块需求,对功能需求以及非功能需求等都进行了详细的调研。然后进行总体模块设计,结合系统需求设计了系统的功能模块和业务流程。在系统的详细设计中,通过解析数据库的数据模型、概念模型和逻辑模型等物理模型来逐层次建立相关关系图表进行设计与实现,并且阐述了系统的关键技术。在系统的实现与测试环节中,在校园实验室环境中进行了原型系统实现,并按照科学的软件测试方法进行了系统测试,测试结果证明了系统的科学性和有效性。

关键词：分布式数据挖掘无线射频识别浏览器/服务器架构保障系统

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一种小型化Ka频段跟踪接收机的研究

一种小型化Ka频段跟踪接收机的研究

作者：郭高龙电子科技大学

学位级别：硕士

经过2008年至2016年的发展,我国已经建立起了覆盖全球的第一代中继卫星通信系统,并为神州系列飞船提供了数据中继服务,该系统是我国信息化建设和空间信息传输的重要组成部分。为实现通信卫星与飞船之间的数据传输,必须保证天线的指向迅... 详细信息

经过2008年至2016年的发展,我国已经建立起了覆盖全球的第一代中继卫星通信系统,并为神州系列飞船提供了数据中继服务,该系统是我国信息化建设和空间信息传输的重要组成部分。为实现通信卫星与飞船之间的数据传输,必须保证天线的指向迅速、精确,这就需要采用自动跟踪技术来提高天线的指向精度。本文研究的小型化Ka频段跟踪接收机就是自动跟踪系统中的核心单机。卫星载荷将向小型化、轻量化方向发展,这就对单机设计提出了新的要求。本文提出一种小型化Ka频段跟踪接收机设计方案。单机在设计上分为三部分:射频模块、中频模块和电源模块。射频模块集成了跟踪接收机中低噪声放大器、单通道调制器、下变频器的功能,单机设计采用和、差信号先经过低噪放后,再进行单通道合成的总体设计,这样可减小单通道合成对接收机噪声系数的影响,同时单机选用噪声系数小,易于匹配的低噪声磷化铟MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)芯片作为低噪放前端,并采用多芯片组装技术(MCM:Multichip Module)实现腔体封装来减少信号间串扰,保证通道的空间隔离性能。对使用的器件、信号连线、电路拓扑进行了建模仿真,验证了电路的可行性。中频模块对接收的信号滤波后下变频至固定中频40MHz,经过有AGC的中频放大器,供中频处理单元进行数据处理,中频处理单元以FPGA为处理核心。电源模块电路将一次母线电压转换成分机需要的各路稳定电压。单机经设计、生产后,进行测试,满足接收信号电平-130dBm90dBm变化范围内,误差信号输出电平-5V5V,载波锁定时间≤5s,和、差支路输入驻波比≤1.5的指标要求,整机重量由8.08Kg降低至2.61Kg,测试数据结果也验证了本文提出方案的可行性。

关键词：自动跟踪单通道单脉冲小型化跟踪接收机