材料科学论文_光机结构式微波超材料机理研究与

文章目录

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 电磁超材料国内外技术研究现状及发展趋势

    1.2.1 电磁超材料技术研究现状及发展趋势

    1.2.2 光机结构式微波超材料技术研究现状及发展趋势

1.3 本论文的结构安排

第二章 电磁超结构的理论基础

2.1 引言

2.2 电磁波基本理论

2.3 电磁超材料的理论知识

2.4 电磁超材料的电磁特性

    2.4.1 负折射特性

    2.4.2 逆切伦科夫特性

    2.4.3 逆多普勒效应

2.5 电磁超材料特性分析的EDA工具

2.6 本章小结

第三章 基于柔性介质的光机结构式微波超材料理论研究

3.1 引言

3.2 基于柔性介质的光机结构式微波超材料单元结构设计

    3.2.1 光机结构式微波超材料最佳空气间隙的确定

3.3 基于柔性介质的光机结构式微波超材料理论计算

3.4 基于柔性介质的光机结构式微波超材料非线性耦合机理研究

    3.4.1 入射电磁波强度影响非线性特性

    3.4.2 入射电磁波频率影响非线性特性

3.5 本章小结

第四章 基于柔性介质的光机结构式微波超材料仿真验证

4.1 引言

4.2 基于柔性介质的光机结构式微波超材料样品结构仿真分析

4.3 基于柔性介质的光机结构式微波超材料电磁特性仿真研究

    4.3.1 光机结构式微波超材料电流分布特性分析

4.4 光机结构式微波超材料的各耦合状态的静态过程分析

4.5 光机结构式微波超材料的机械特性分析

4.6 本章小结

第五章 基于柔性介质的光机结构式微波超材料实验验证

5.1 引言

5.2 基于柔性介质的光机结构式微波超材料的实验样品制备

5.3 基于柔性介质的光机结构式微波超材料的性能测试方案

5.4 基于柔性介质的光机结构式微波超材料的性能测试结果

    5.4.1 光机结构式微波超材料的样品测试结果

    5.4.2 光机结构式微波超材料的非线性现象测试结果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

文章摘要:电磁超材料是一类具有奇异电磁特性的新型人工合成电磁材料。超材料结构中“波-物质”相互作用使电磁波能量与结构机械能量发生耦合,据此发展出可控调谐光机结构式超材料。光机结构式超材料在结构设计、电磁波性能调控、多物理场耦合特性等方面独具优势。现阶段,光机结构式超材料主要局限于工作在光学频段的纳米尺寸,而针对微波频段光机结构式超材料的研究较少。因此,本文设计了一种基于柔性介质（FPC）的光机结构式微波超材料;分析了光机结构式微波超材料的合成与设计方法;深入研究了光机结构式微波超材料的非线性耦合机理、电磁特性、机械位移特性及多物理场耦合现象等。最后,实验验证了该型光机结构式微波超材料的电磁谐振特性和其在不同入射电磁波功率条件下的非线性频率偏移特性。本论文主要研究内容和创新贡献如下:1.分析了基于柔性介质（FPC）的光机结构式微波超材料实现机理和设计方法;构建了光机结构式微波超材料结构中光-机械理论关系模型。依据等效电路分析方法,理论推导出了该型超材料结构的等效电容、电感、电阻等关键性能参数,得到了在入射电磁波作用下,此结构产生的电磁感应电流及安培力的强度变化规律。2.基于HFSS和COMSOL仿真平台,研究了光机结构式微波超材料感应电流分布特性、谐振特性、非线性特性、机械位移特性、柔性介质形变特性以及多物理场耦合规律。仿真结果结果表明:4/2/1单元结构的光机结构式微波超材料的谐振频率处于X（8GHz-12GHz）波段接近10GHz;在电磁波、磁场、固体力学和热粘性声学等多物理场耦合作用下,该型超材料结构的柔性介质作为统一的整体产生形变。当电磁波入射功率密度为0.04W/mm²时,柔性介质的形变位移最高可达6um。3.基于光-机械耦合模型,结合静磁学、结构力学及非线性耦合理论,研究了光机结构式微波超材料的弹性力与电磁感应安培力的非线性耦合机理及多稳态非线性现象。分析了此种光机结构式微波超材料以入射电磁波强度和频率作为影响因素产生的三种稳定状态（不可达稳态、介稳态、稳态）的变化规律。通过电磁仿真及实验验证的手段,分析了X波段的光机结构式微波超材料在不同功率电磁波入射下的电磁谐振频率偏移特性。实验结果表明:当入射电磁波的功率从15dBm增加至40dBm,光机结构式微波超材料的电磁谐振频率偏移量达到40MHz。本论文所研究设计的光机结构式微波超材料可应用于微波电路与器件、电磁隐身等众多领域中,应用前景广泛。

文章来源：《光机电信息》 网址: http://www.gjdxxzz.cn/qikandaodu/2022/0131/449.html