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电磁超材料研究进展 被引量:25
1
作者 梅中磊 张黎 崔铁军 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第18期27-39,共13页
简介了电磁超材料的定义、性质和分类,综述了电磁超材料研究的常用等效媒质理论、电磁参数提取方法、电磁超材料的具体实现方式、二维电磁表面及其机理、电磁超材料的典型应用等研究进展,展望了电磁超材料的发展趋势。
关键词 电磁超材料 电磁超表面 石墨烯 等效媒质理论 广义斯奈尔定律
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超表面研究进展 被引量:15
2
作者 黄新朝 付全红 张富利 《航空兵器》 2016年第1期28-34,共7页
超表面是一种基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁/光学波束调控的新结构,其新颖的机制和灵活的结构设计展现出广阔的应用前景。本文阐明了超表面调控波束的物理机理,叙述超表面的发展历程,即从实现超表面到提... 超表面是一种基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁/光学波束调控的新结构,其新颖的机制和灵活的结构设计展现出广阔的应用前景。本文阐明了超表面调控波束的物理机理,叙述超表面的发展历程,即从实现超表面到提高有效分量和动态可调超表面的研究过程,总结了超表面透镜、超表面偏振器、表面等离子体激元调控等功能器件,并对超表面有待解决的问题以及今后的发展趋势进行了探讨。 展开更多
关键词 超表面 波束调控 广义斯涅尔定律 超表面器件
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超表面对声波的反常折射作用研究 被引量:7
3
作者 唐昆 邱春印 +2 位作者 柯满竹 陆久阳 刘正猷 《声学技术》 CSCD 2014年第S01期85-88,共4页
我们将展示一种控制声波反常折射的超表面,这种结构由空间变化的弯曲缝-亚单元组成,厚度处于深亚波长,通过精心优化微观结构,这种设计在控制声波波前方面表现出了优异的性能,我们实验测量的结果与理论预测吻合得很好。这项研究为众多日... 我们将展示一种控制声波反常折射的超表面,这种结构由空间变化的弯曲缝-亚单元组成,厚度处于深亚波长,通过精心优化微观结构,这种设计在控制声波波前方面表现出了优异的性能,我们实验测量的结果与理论预测吻合得很好。这项研究为众多日常生活应用开辟了新的途径,例如通过装上轻而薄的超表面结构来控制室内声场效应。 展开更多
关键词 超表面 声波 广义斯涅耳定律
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广义斯奈尔定律与声超表面 被引量:7
4
作者 朱一凡 梁彬 程建春 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第1期53-62,共10页
给出了广义斯奈尔定律的相关理论推导,并总结回顾了之前的几种设计,包括声人工结构表面和几种声超表面的案例。首先,以人工结构表面为例,以解析推导为主,结合数值模拟和实验结果,证明了人工窄井结构的异常反射现象。随后,我们回顾了声... 给出了广义斯奈尔定律的相关理论推导,并总结回顾了之前的几种设计,包括声人工结构表面和几种声超表面的案例。首先,以人工结构表面为例,以解析推导为主,结合数值模拟和实验结果,证明了人工窄井结构的异常反射现象。随后,我们回顾了声超表面的设计方法,包括折叠空间式和亥姆赫兹腔式两种典型的结构化设计。最后,我们重点回顾了一种厚度仅为1/20波长的声超表面,用于设计超薄声扩散体,称为声超表面施罗德扩散体。传统的施罗德扩散体是40年前提出的建筑声学领域的经典设计,而我们提出的声超表面施罗德扩散体在中心频率具有同样优质的漫反射效果。另外,通过混合不同目标频率的超表面单元,可以设计宽带的超薄施罗德扩散体,其带宽接近于商业化的施罗德扩散体,这个例子充分展示了声超表面在实际场合的应用潜能。 展开更多
关键词 广义斯奈尔定律 声超表面 波阵面操控 施罗德扩散体
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基于亥姆霍兹共振的超薄弧形声学超表面地毯斗篷
5
作者 隋玉梅 何兆剑 +4 位作者 毕仁贵 孔鹏 吴吉恩 赵鹤平 邓科 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期222-228,共7页
利用局部相位补偿调制的方式设计了一种超薄的弧形声学超表面地毯隐身斗篷.该斗篷由52个亥姆霍兹空腔共振结构单元组成,且结构单元厚度小于波长的0.2倍.数值模拟结果显示:文中所设计的隐身斗篷在深亚波长范围内隐身效果良好,其工作频宽... 利用局部相位补偿调制的方式设计了一种超薄的弧形声学超表面地毯隐身斗篷.该斗篷由52个亥姆霍兹空腔共振结构单元组成,且结构单元厚度小于波长的0.2倍.数值模拟结果显示:文中所设计的隐身斗篷在深亚波长范围内隐身效果良好,其工作频宽为5850—7550 Hz.进一步探究声波斜入射时地毯斗篷的工作效果,发现在30°的入射角范围内都具有良好的隐身效果.此外,利用余弦相似度(cosine similarity,CSI)函数精确量化分析了该隐身斗篷的工作性能,计算结果展示,在斗篷工作的带宽范围内,覆盖斗篷后的CSI值趋近于无斗篷覆盖地面的CSI值,展示了其在的良好隐身性.本文所设计的斗篷均以超薄的亥姆霍兹共振结构为组成单元,结构简单,易于实现,有利于未来的实际应用. 展开更多
关键词 声学超表面 广义snell定律 超薄结构 地毯斗篷
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水下声学超表面异常折射方向调控研究
6
作者 胡博 刘凯 +1 位作者 赵思缘 李松 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期93-102,共10页
针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折... 针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。 展开更多
关键词 水下 声学超表面 异常折射 负折射 梯度相位 广义斯奈尔定律 多角度 消声水箱
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Multifunction switching by a flat structurally tunable acoustic metasurface for transmitted waves 被引量:3
7
作者 ALi Chen QuanYu Tang +2 位作者 HaoYu Wang ShengDong Zhao YueSheng Wang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第4期98-107,共10页
In this paper a flat structurally tunable acoustic metasurface is constructed based on the helical unit cell. The length of the acoustic channel can be tuned by the screw-in depth of the helix. Accordingly, the wave p... In this paper a flat structurally tunable acoustic metasurface is constructed based on the helical unit cell. The length of the acoustic channel can be tuned by the screw-in depth of the helix. Accordingly, the wave phase for the transmitted acoustic wave can be tuned and the wavefront can be manipulated. Then multifunctions such as anomalous refraction, point focusing, beam focusing and self-bending can be realized and switched just by screwing in or out the helixes. At the same time, the broadband operating frequency is also realized. The experiments for anomalous refraction and point focusing are also performed, and the results show that the designed metasurface is effective. The present studies have important applications in dynamic manipulation of acoustic waves by metasurfaces. 展开更多
关键词 metasurface ACOUSTIC wave transmission MULTIFUNCTION SWITCHING generalized snell's law
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基于弹性波超表面的Lamb波透射调控
8
作者 杨华根 冯侃 李容 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第1期34-41,共8页
根据广义Snell定律,该文提出了一种新型曲梁型弹性波超表面结构。通过该结构对入射波进行相位调制,实现了板中Lamb波(A_(0)模态)的异常透射调控,从而实现了波的负折射、非对称传输、声聚焦等功能。进一步的研究结果显示,若将该类超表面... 根据广义Snell定律,该文提出了一种新型曲梁型弹性波超表面结构。通过该结构对入射波进行相位调制,实现了板中Lamb波(A_(0)模态)的异常透射调控,从而实现了波的负折射、非对称传输、声聚焦等功能。进一步的研究结果显示,若将该类超表面结构贴置在完整的铝板表面,通过引入吸声材料(阻尼),在保证薄板完整性的同时,可以起到显著消除薄板和超表面透射波场叠加的作用。该方法实现了对完整板结构Lamb波透射方向的有效调控,也为弹性波超表面提供了新的研究思路。 展开更多
关键词 广义snell定律 弹性波超表面 Lamb波调控 异常透射
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透射型声超表面斗篷的设计
9
作者 隋玉梅 孔鹏 +1 位作者 邓科 赵鹤平 《吉首大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第6期32-36,共5页
利用2种超表面(相位调控超表面和近零折射率超表面),构建了一种透射型声超表面斗篷.首先,设计了一种具有迷宫结构的近零折射率超表面,该超表面具有近零折射特性,能够使声波绕过障碍物,并沿原入射方向传播;其次,在近零折射率超表面外层... 利用2种超表面(相位调控超表面和近零折射率超表面),构建了一种透射型声超表面斗篷.首先,设计了一种具有迷宫结构的近零折射率超表面,该超表面具有近零折射特性,能够使声波绕过障碍物,并沿原入射方向传播;其次,在近零折射率超表面外层基于亥姆霍兹共振结构设计了一种相位调控超表面,该超表面可以通过改变内部空腔长度来实现相位变化,既能调节声波相位,又能保持高透射率,确保声波有效通过.仿真计算结果显示,透射型声超表面斗篷在4960 Hz频率下能有效隐藏方形物体. 展开更多
关键词 透射型声斗篷 广义snell定律 超表面 等效介质理论
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基于相位梯度表面的缝隙阵列天线宽带RCS减缩 被引量:3
10
作者 刘英 李娜 +1 位作者 贾永涛 龚书喜 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期330-336,共7页
提出了一种基于耶路撒冷十字单元的相位梯度表面,并将该表面加载到缝隙阵列天线表面.通过利用该表面将空间波(propagating wave,PW)转化为表面波(surface wave,SW)及奇异反射特性,天线可以在很宽的频带内实现显著的雷达散射截面(radar c... 提出了一种基于耶路撒冷十字单元的相位梯度表面,并将该表面加载到缝隙阵列天线表面.通过利用该表面将空间波(propagating wave,PW)转化为表面波(surface wave,SW)及奇异反射特性,天线可以在很宽的频带内实现显著的雷达散射截面(radar cross section reduction,RCS)减缩.与参考天线相比,设计天线在TE和TM两种极化波垂直和斜入射状态下均在6~18GHz频带范围内实现了单站RCS减缩,并且在9.5GHz处的最大减缩量达到20dB.与传统的天线RCS减缩技术相比,该方法可以在保证天线原本辐射性能的基础上同时实现天线带内和带外的RCS减缩. 展开更多
关键词 相位梯度表面 广义斯涅尔定律 缝隙阵列天线 雷达散射截面 宽带
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声学超表面研究及应用进展 被引量:3
11
作者 许卫锴 张蒙 王伟 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期11054-11059,共6页
声学超表面是基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位从而进行声波调控的新型人工结构,是声学超材料的重要分支,其新颖的调控机制和灵活的结构设计已经展现出广阔的应用前景。阐述了声学超表面的设计原理与相关研究进展,并对声学超表面有... 声学超表面是基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位从而进行声波调控的新型人工结构,是声学超材料的重要分支,其新颖的调控机制和灵活的结构设计已经展现出广阔的应用前景。阐述了声学超表面的设计原理与相关研究进展,并对声学超表面有待解决的问题和发展趋势进行了探讨,对于波控结构的设计与制备实现具有指导意义。 展开更多
关键词 声学超表面 声波调控 广义斯涅尔定律 人工微结构超材料
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超宽带共极化相位梯度超表面的设计 被引量:1
12
作者 张威虎 牛珍珍 《现代电子技术》 2022年第17期11-16,共6页
为了实现电磁波的传播和共极化特性调控,利用PB几何相位理论设计了一种基于“弯工”形的金属结构超表面,采用10种不同的单元进行空间排布,每个相邻单元相位差为π10,实现了0~2π相位内的反射波相位调控。基于广义斯涅尔定律构建了相对... 为了实现电磁波的传播和共极化特性调控,利用PB几何相位理论设计了一种基于“弯工”形的金属结构超表面,采用10种不同的单元进行空间排布,每个相邻单元相位差为π10,实现了0~2π相位内的反射波相位调控。基于广义斯涅尔定律构建了相对带宽为57.3%的相位梯度超表面,其基本单元由顶层弯工形金属结构、中间为介质层与底层铜金属板组成。通过在不同频点处分别入射线极化波和圆极化波,能够实现对任意波束入射下的反射波束的偏转调控。仿真了在不同频点下的反射波束的偏转角度,并且与理论结果相一致。在设计频段范围内其共极化转换效率达90%以上,镜面反射率在-20 dB以下。通过测试所制作的超表面的镜面反射率为-15 dB与仿真结果基本相吻合。与传统超表面相比,所设计的超表面其频带范围在18.8~33.9 GHz,具有宽频带、高极化转换率、体积小、成本低的优点。该超表面能够应用在诸多方面如5G技术、高增益天线、超宽带隐身和雷达散射RCS等。 展开更多
关键词 超表面 相位梯度 广义斯涅尔定律 超宽带 极化转换 全反射 波束偏折 相位调控
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五模声学超表面理论分析与定向反射声学仿真 被引量:2
13
作者 郝潇潇 王真 +1 位作者 赵志高 沈敏 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第6期904-910,共7页
以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进... 以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进行五模微结构设计,采用均匀化理论计算微结构的等效物性参数;最后,进行了水下声场的声波定向反射调控仿真实验,研究了入射波频率对超表面定向反射性能的影响,仿真结果展现了五模超表面宽频有效的声波调控能力以及调控的可靠性和准确性。该文的研究工作为五模声学超表面的设计和物理实现提供理论指导。 展开更多
关键词 广义斯奈尔定律 声学超表面 五模材料 声场调控 微结构
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圆弧形超表面对透射声波的可调控制与功能转换 被引量:1
14
作者 陈阿丽 王新萌 汪越胜 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期789-801,共13页
基于"螺丝-螺母"的工作原理,设计了可调的透射型三通道螺旋单元,通过调节螺丝的旋拧深度来改变声通道的长度,从而实现对透射声波相位的调节.利用有限元方法计算了单元的透射波相位差和透射系数随频率和旋拧深度的变化规律.在... 基于"螺丝-螺母"的工作原理,设计了可调的透射型三通道螺旋单元,通过调节螺丝的旋拧深度来改变声通道的长度,从而实现对透射声波相位的调节.利用有限元方法计算了单元的透射波相位差和透射系数随频率和旋拧深度的变化规律.在平面广义Snell定律基础上推导了适用于圆弧形曲面的广义Snell定律.设计了圆弧形超表面,包括弧状和圆环状两种,实现了对透射声波波前的可调控制.根据所要实现的声学功能和给定的工作频率,利用单元的透射波相位差随旋拧深度的变化规律和圆弧形表面的广义Snell定律,确定超表面上所需的相位分布梯度及每个单元的旋拧深度,并同时考虑透射系数随旋拧深度的变化规律来对单胞旋拧深度进行适当的调整,以保证超表面具有较高的透射率.利用圆弧形超表面实现了宽频范围内声波的定向折射、波束分离和声束聚焦等声学功能的转换;利用圆环形超表面则实现了三向分波、波场螺旋化及源位置虚拟移动等声学功能的转换.同时针对上述功能进行了全波场的有限元数值模拟和相应的声学实验,实验结果与有限元模拟结果吻合良好,验证了所设计超表面对声波波前调控的有效性.研究结果将为不规则非平面可调声学器件的设计提供理论指导. 展开更多
关键词 声学超表面 圆弧形曲面 可调 宽频 功能转换 广义snell定律
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可调共振型超表面对透射声波的三维波前调控
15
作者 陈阿丽 杜兴岳 王昊煜 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1328-1335,共8页
为实现对透射声波波前的灵活调控,本文设计了带有开口的可旋转共振筒单胞,通过旋转单元内筒即可调节开口的大小,进而改变透射声波的相位。依据广义Snell定律,结合设定的工作频率和预期的功能如三维异常折射、聚焦以及波束自弯曲等,利用... 为实现对透射声波波前的灵活调控,本文设计了带有开口的可旋转共振筒单胞,通过旋转单元内筒即可调节开口的大小,进而改变透射声波的相位。依据广义Snell定律,结合设定的工作频率和预期的功能如三维异常折射、聚焦以及波束自弯曲等,利用此可重构单胞构建双向梯度共振型超表面,并进行有限元软件数值模拟。结果表明:本文设计的可调超表面可实现对三维声场的有效和灵活操控。 展开更多
关键词 超表面 透射声波 可调 广义snell定律 波前调控
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一种宽带反射超表面设计 被引量:1
16
作者 陈兆滨 邓勇强 刘晨 《电气技术》 2017年第11期12-17,共6页
本文提出一种"[]"形单元,当改变单元的尺寸时,可以改变电磁波的反射相位。通过优化之后选取了10个不同尺寸的单元,以此来组成超表面。在TE波垂直入射的条件下,可在该频点处观察到反射波偏折-30°的异常反射现象。同时也... 本文提出一种"[]"形单元,当改变单元的尺寸时,可以改变电磁波的反射相位。通过优化之后选取了10个不同尺寸的单元,以此来组成超表面。在TE波垂直入射的条件下,可在该频点处观察到反射波偏折-30°的异常反射现象。同时也观察了X波段其他几个频点处的反射波,也存在明显的异常反射现象,说明所设计的超表面具有宽带特性。随后,本文给出一种在X、Y轴均具有相位梯度的超表面,从仿真结果中可以看出,反射波沿-X、-Y轴方向均偏折了30°。最后观察了超表面的背向RCS,可以看到所设计的超表面均比相同尺寸金属板的RCS低5~10dB,具有低散射特性。 展开更多
关键词 广义斯涅尔定律 超表面 异常反射 低散射
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基于广义Snell定律的声超表面折射
17
作者 楚琦琦 胡宇 林玮 《电子器件》 CAS 北大核心 2021年第2期498-501,共4页
在许多情况下,通过对声波波阵面的自由操控,可实现声波的偏折、弯曲或聚焦。而近年来出现的超材料为操控波阵面提供了一种新的途径。在声超表面研究背景及研究现状的启发下,基于广义Snell定律,利用一种声超表面结构模型,通过对入射声波... 在许多情况下,通过对声波波阵面的自由操控,可实现声波的偏折、弯曲或聚焦。而近年来出现的超材料为操控波阵面提供了一种新的途径。在声超表面研究背景及研究现状的启发下,基于广义Snell定律,利用一种声超表面结构模型,通过对入射声波在声超表面的相位调制,产生了声波的异常折射,从而实现对偏折波方向的有效调控。 展开更多
关键词 超材料 声超表面 广义snell定律 相位调制 异常折射
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基于广义斯涅尔定律的声超常反射
18
作者 鲍蕊 林玮 《无损检测》 2019年第2期21-25,共5页
通过对广义Snell(斯涅尔)反射定律的分析,提出了一种亚波长的声学微结构,该结构通过对反射界面相位的设计来控制反射波波矢方向,从而实现对声波反射方向的调控。利用COMSOL仿真软件对该结构仿真模拟,并分别利用易拉罐阵列及通过3D打印... 通过对广义Snell(斯涅尔)反射定律的分析,提出了一种亚波长的声学微结构,该结构通过对反射界面相位的设计来控制反射波波矢方向,从而实现对声波反射方向的调控。利用COMSOL仿真软件对该结构仿真模拟,并分别利用易拉罐阵列及通过3D打印技术制作的声学器件对其反射声场进行试验测量。试验结果证明在声波正入射条件下可产生不同角度偏转的异常反射,数值模拟和试验测量结果与理论计算数据基本吻合,表明该结构可以有效地获得任意可调的反射角。该研究在音乐厅设计、超声医学等领域有应用潜力。 展开更多
关键词 广义snell定律 COMSOL仿真 声学微结构 异常反射
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