无线电物理前沿进展 1.ppt

无线电物理前沿进展 1。电磁场的数值仿真 2。双负媒质 3。超宽带技术 4。微波光电子工程 5。电磁波的时间反演技术 前言 我国国民经济的三大支柱科学是什么？ A。信息科学 B。生命科学 C。材料科学 无线电物理是信息科学的基础学科之一。 1.各学科之间的相互渗透正在加速 2. 数学物理等基础学科的基础作用越来越　　 　明显; 3. 计算机技术的作用与依赖性日益突显。　 　结论： 打好基础：学好数学；计算机语言；专业理论 开拓视野：博览群书；会当凌绝顶，一揽众山小 树雄心，立大志：勇攀高峰 无线电物理的基础＿电磁理论的发展 1. 电磁理论的发展＿特别是计算电磁学的发展，为信 息科学的深入发展提供了新的坚实的基础。 　　　　 2. 光技术与微波毫米波技术的融合，成为当今信息 科学技术的一重要趋势。 3. 新的电磁结构概念的出现：双负媒质；周期结 构；PBG结构，频率选择表面，高阻抗表面 4. 新的信息传输理念：超宽带电磁工程 5. 新的理论的发展为新的应用奠定了新的应用基础 计算电磁学的近代发展 1.电磁理论的发展＿特别是计算电磁学的发展，为信息科学的深入发展提供了坚实的基础。 　主要方法： 　MOM　矩量法：基于格林函数的积分方　　 　　　　程法 　FEM　有限元法：基于变分原理的离散方法 　FDTD　时域有限差分法：基于差分代替导数　　 　　　　　的数值方法。 计算电磁学，是计算物理的重要分枝， 实验物理，理论物理和计算物理是构成现代物理的三个重要的研究方法。计算物理介于实验方法与理论方法之间有着自己的特点和重要性，从一定的意义上可以代替实验研究。 　软件，特别是专用软件是目前和将来知识产权的重要表现形式。 结论：重视计算机软件的开发工作 计算电磁学 基于Maxwell 方程理论的计算电磁理论与高效的电磁数值仿真技术是现代信息技术的基石。 　现代信息技术之所以能够发展今天的水平，是因为建立在电磁数值仿真技术上的芯片技术的发展成果，其进一步的发展又有赖于先进的电磁数值仿真技术的进展。　 如电磁兼容问题和散热问题是当代大规模超高速集成电路发展的两个主要问题。都有赖于数值分析给出适当的结果，提出解决方案。（即解Maxwell方程和热扩散方程） 二维无限长线TM波在自由空间中辐射 金属圆柱的电磁散射 正方形无限长柱的电磁散射波 　 电磁场的数值仿真 近三十年来，随着计算机技术的发展，电磁场的数值仿真技术作为无线电物理的一个重要科学分支得到了长足的进步。如今从理论上可以说没有什么电磁现象是不能进行数值仿真的。从而也极大地促进了以电磁理论为基础的信息技术的发展。 计算电磁学已成为无线电物理的一个重要研究方向。从研究的原理上计算电磁方法可以分为频域法和时域法两种。（Frequency domain, Time Domain） 主要方法有：有限单元法，矩量法和时域　有限差分法。 科学的发展，使人们应用电磁理论和计算机技术结合起来创造了一个可视的电磁场。它可以使我们生动地展现各种条件下电磁场的分布，波的传播过程。使人们对电磁的物理本质的理解有了更加生动的手段。 可视的电磁场－电磁场的数值仿真技术 可视的电磁场(2) 可视的电磁场3 工作时集成电路芯片的引脚处的场分布 高速芯片中的场分布MMIC中的场分布 高速芯片中的场分布MMIC中的场分布（2） 当两微带线，位于不同平面时的电磁场耦合。 B。一微带的信号线与另一微带线的信号线共面，而接地平面不共面时的耦合 利用电磁仿真进行设计 利用电磁仿真进行设计2 双负媒质的基本概念 基本概念及背景： 1968年前学者Veselago,从理论上预言负介电常数与负磁导率同时为负的媒质的特性。这种物质又称为左手物质。这是因为在这种物质中电场与磁场及波矢的指向成左手关系，而常规媒质称为右手媒质。左手媒质与右手媒质有显著的区别。并且有非常重要的应用前景：如反向SNELL定律，多普勒效应和CERENKOV辐射。 1996年Pendry在‘Phys. Rev. Lett.(V.76,P.4773,1996)上发表论文声称在电等离子频率以下发现微波频段，细导线结构可以展现负介电常数，而非磁性的金属开口环谐振结构可以在磁等离子频率以下显示负磁导率，不久后Shelby等在2001年科学杂志上发表了上述结构的实验结果。虽然还处在原型实验阶段，它在光学微波毫米波工程中的应用潜力已吸引了众多电磁工程人员的注意，相关文献在半年之内增加了一倍 特性:Characteristics 性质 图1左手媒质中的场矢量与波矢间的关系 电场与磁场及波矢间的关系与常规媒质相反； 相速方向也与常规媒质相反；坡印廷矢量的定义与常规媒质相同； 群速也与常规媒质相同。因此LHM仍满足因果关系。在LHM中波阻抗仍然