电磁学论文写作范例(导师推荐6篇)

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电磁学小论文

电磁学小论文

2018/7/2
实验
由于线圈的这种绕法,我们研究了不同距离下的输出电压大小:
Distant/cm U/mv
1
0
160
2
1
80
3
1.5
54 发现,最大电压也不过160mv,而在用水平盘绕的方法时,电压却可以
达到4V。
关于频率
最初采用频率为1KHZ,得出 来的结果中,不论是漆包线
还是耳机线,在这种频率下
电流,不仅在相位上落后 ⁄ 个周期,而且其大小还与感应的线圈匝数,半径大小以及线圈的
长度有关,而且在其他条件不变的情况下,高频电明显的感觉到,如果线圈相距较远,或者摆放不在正中心的话,都会对传输电
能的效率照成巨大影响,所以如果要大规模的应用与市场的话,就要投入大量的基础设施和 人力物力。
得到一组输出电压
2
压,找到一个频率值使电压最大。
的数据,然而接着,
我们在主,次级电
3
路中拆掉了电容,
却发现在增大点处
4
实验发现:在输入频率为
的电压不减反增。
2.5MHZ时输出电压最大。
Horizon U/V shift/cm
2.7
1.04
3
2.56
3.3
2.62
3.6
2.18
关于磁共振
可以发现,在3.3cm处的 电压为2.62V对比加了震 荡电路的电压(2.30V), 不降反增,于是我们推 测,我们在这次尝试中 没有时主级电路达到谐 振频率,一方面,这是 由于我们实验仪器造成, 另一方面,谐振必须使 频率非常精确才达到效 果,而我们的实验只是 粗调,达不到效果也是 必然的
小论文参考文献: 《磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化》(李长生,张合,曹娟,刘明) 《无线电能传输系统平行多匝线圈空间位置与效率分析》(张晋勇,麦晓冬,关曼清,邱怡怡)

高中物理电磁学教学方法研究论文五篇

高中物理电磁学教学方法研究论文五篇

高中物理电磁学教学方法研究论文五篇第一篇:高中物理电磁学教学方法研究论文高中物理电磁学是将磁场与电场结合在一起,整体突出场与路的关系。

物理教师在教学过程中需要帮助学生深入了解电磁学的特点,运用针对性的教学方法,理论结合实践对学生进行教学,帮助学生掌握电磁学知识。

1、了解高中物理电磁学的特点与注意事项高中物理主要思路就是力与运动、功与能的转换,所以对于高中物理的电磁学教学也需要充分把准这一命脉,将其作为教学的基本思路。

电磁学在高中物理课程的设置中由场和路两方面构成,所以在电磁学教学过程中也应该从这2方面进行教学,帮助学生理解和掌握其基本概念,找出电磁学的基本规律,最终更好地解决电磁场综合问题,完成对电磁学的学习。

例如,在电磁学问题的解答过程中,首先根据粒子在不同的运动情况或者物理现象下都是以力与运动的联系进行组合,将电磁学的问题转换为力与运动或者是功与能的问题。

这样,解题思路得以显现,再对电磁学问题进行力学分析,将粒子运动状态所体现的受力情况完全显露出来,再应用牛顿定律,最终完成电磁学中力学的讨论部分。

同时,对于电磁学中功与能的问题就需要应用能量守恒与转化的观点,列出能量方程式,让电磁学问题迎刃而解。

对于电磁学的教学就是抓住电磁学特点,将抽象的电磁运动转化为宏观的力学与能量问题,利于学生运用已知的知识解决未知的问题。

在电磁学教学过程中,还需要注意尽量帮助学生理解抽象的物理现象,帮助学生运用丰富的想象掌握电磁学运动问题,总结解题的一般思路。

2、高中物理电磁学教学方法分类既然电磁学主要包括了场与路,那么在教学方法的选择上就可采用将这二者分开研究的方式进行。

物质与物质相互作用形成电磁学的场,例如匀强电场、匀强磁场等可以从场入手,对学生进行电磁学的讨论与研究。

而对于电磁学中的路,包括磁感线、电路等,例如匀强磁场与电路的关系就可以反映出它们存在某种特殊的联系。

在电磁学教学过程中可以以场为研究对象,以路为研究方法:1)对于“电生磁”与“磁生电”的讨论中,会运用逆向教学的方法,让学生去思考和探索未知的问题。

电磁学论文

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电磁学的发展史摘要:电磁学是物理学的一个重要分支,有今天的地位它经过漫长的发展历程。

人类在公元500年前就发现了电磁现象,但是电磁学的发展和广泛应用在18世纪以后. 18世纪,人们通过对电和磁的定量研究,发现了许多重要的规律.19世纪,科学家们发现了电和磁的相互联系,电磁感应、电磁场、电磁波等理论得到不断发展和广泛应用。

早期的电磁学的研究比较零散,由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关。

同时由于磁学本身的发展和应用展用等等,磁学的内容不断扩大,所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。

早期的电磁学研究早期的电磁学研究比较零散,下面按照时间顺序将主要事件列出如下: 1650年,德国物理学家格里凯在对静电研究的基础上,制造了第一台摩擦起电机。

1720年,格雷研究了电的传导现象,发现了导体与绝缘体的区别,同时也发现了静电感应现象。

1733年,杜菲经过实验区分出两种电荷,称为松脂电和玻璃电,即现在的负电和正电。

他还总结出静电相互作用的基本特征,同性排斥,异性相吸。

1745年,荷兰莱顿大学的穆欣布罗克和德国的克莱斯特发明了一种能存储电荷的装置-莱顿瓶,它和起电机一样,意义重大,为电的实验研究提供了基本的实验工具。

1752年,美国科学家富兰克林对放电现象进行了研究,他冒着生命危险进行了著名的风筝实验,发明了避雷针。

1777年,法国物理学家库仑通过研究毛发和金属丝的扭转弹性而发明了扭秤。

1785-1786年,他用这种扭秤测量了电荷之间的作用力,并且从牛顿的万有引力规律得到启发,用类比的方法得到了电荷相互作用力与距离的平反成反比的规律,后来被称为库仑定律在早期的电磁学研究中,还值得提到的一个科学家是大家都已经在中学物理课本中学过的欧姆定律的创立者-欧姆。

欧姆,1787年3月16日生于德国埃尔兰根城,父亲是锁匠。

父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。

16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途缀学,到1813年才完成博士学业。

电磁学论文(电磁学在生活中应用)

电磁学论文(电磁学在生活中应用)

电磁改变生活一LC振荡电路应用----校园一卡通:我们生活离不开货币,但是在校园内随时拿着一把现金很不方便,尤其还要找零,就更繁琐了。

但现在我们有了校园一卡通,无论是吃饭打水,还是坐车买东西,只要在校园内有卡就能行!那么,一卡通的原理是什么呢?其实校园一卡通的结构并不是十分复杂,运用的都是电磁学知识,其实质是以射频识别技术为核心的非接触式IC卡。

卡内主体就是一个集成电路芯片(IC)和一个感应线圈(LC振荡器)。

但是与其配套的读卡器,也就是我们平时刷卡的机器结构就复杂得多了。

内部结构分为射频区和接口区:射频区内含调制解凋器和电源供电电路,直接与天线连接;接口区有与单片机相连的端口,还具有与射频区相连的收/发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器,以及进行3次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。

读卡器随时都在发着频率和LC振荡器固有频率相同的脉冲,当卡靠近时,产生电磁激励,LC振荡器产生共振,导通芯片工作,读写数据。

一、涡流的应用----电磁炉科大食堂在冬天就会卖一些煮菜,当你买的时候菜还在电磁炉上煮着,这样在寒冷的冬天,我们就可以一直有热乎乎的菜吃,这是多么幸福的事!时至今日,电磁炉在我们的生活中已经必不可少,它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生,因此热效率得到了极大的提高。

它是一种高效节能橱具,完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。

电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。

使用时,加热线圈中通入交变电流,线圈周围便产生一交变磁场,交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体,在锅底中产生大量涡流,从而产生烹饪所需的热。

在加热过程中没有明火,因此安全、卫生。

电磁炉的功率一般在700~1800W之间,它的结构主要由外壳、高级耐热晶化陶瓷板、PAN 电磁线盘、加热电路板、控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成。

电磁炉使我们的生活更加美好舒适!二、电磁波应用----微波炉现在人们生活很忙碌,饭不一定能准时吃,经常到工作完成了饭也已经凉了,这时候微波炉就是我们的最好选择,因为只需食物放进去一会就热了,简单方便!在我们学校每个食堂和宿舍门口都有一个微波炉供我们使用!微波炉里没有火,是靠微波,即高频电磁波,作为微波炉的热源。

电磁学论文

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电磁学论文生活中的电磁学地球上的第一个生命在大约在46亿年前诞生,就在这时,电磁就与生命结下了不解之缘,伴随生命形式从低等走向高等,也见证着整个生物界的一次次变革。

而在科技快速发展的今天,电磁更是与生命紧密的联系着,小到移动电话,大到卫星通信,无一不是与电磁紧密相连的。

可以说,没有电磁,就没有信息时代,恐怕连人类的整个文明都要倒退几个世纪了。

近些年中,人们对电磁的研究在不断地深入,对磁场、电磁场能、太阳磁场能等与生命之间的能量转化和转移的研究正逐步成为二十一世纪的热门研究方向。

电磁学在生活中的应用有许多,与人们生活息息相关的比如电磁炉、微波炉等给人们生活带来了极大地方便,而最近十分流行的蓝牙耳机,也是电磁学发展的结果。

下面就具体介绍几个电磁学在人们生活中的应用实例。

1.电磁炉(微波炉电路图)(1)电磁炉主要结构有两大部分构成:电子线路部分及结构性包装部分。

①电子线路部分包括:功率板、主机板、灯板、线圈盘及热敏支架、风扇马达等。

②结构性包装部分包括:瓷板、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。

(2)电磁炉工作原理:采用磁场感应电流(又称为涡流)的加热原理,电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时,锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流(即涡流),涡流使锅具铁分子高速无规则运动,分子互相碰撞、摩擦而产生热能(故:电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具,所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍)使器具本身自行高速发热,用来加热和烹饪食物,从而达到煮食的目的。

(3)电磁炉的优点:热效率高;更安全(无明火烹调好处多);更环保(卫生、清洁);更精确(温度控制准确);更多能(煎、炒、炸、煮、炖全能);更方便(操作简单外形秀丽)。

2.蓝牙(蓝牙电路示意图)(1)蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般是10m之内)的无线电技术。

电磁学小论文

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生物磁学离不开的就是生物磁场。生物磁场主要来源于生物体内的电活动和非正常生理状态的强磁性物质(如Fe3O4)。在生命活动如物质输运、能量转换和信息传递过程中,会发生电荷的传递或离子的迁移。例如心脏搏动、骨骼肌运动、神经系统感知和调控过程中,这些组织的细胞膜对各种离子的通透性会发生瞬时变化,出现脉冲式的离子电流,导致细胞膜电位的改变,形成动作电位。动作电位的传播在生物组织中形成生物电流,同时伴生相应的生物磁场。此外,由于环境污染等原因,吸入人体的铁磁性物质的粉尘,会沉积于肺部或进入胃肠系统,经外加磁场磁化后,可测到一定的剩余磁场。
(二)在电磁辐射危害到人体健康的同时人们也将电磁应用到医学中为人体健康服务,并且取得了很多成果。
核磁共振技术
核磁共振技术早期仅限于原子核的磁矩、电四极矩和自旋的测量,随后则被广泛地用于确定分子结构,用于对生物在组织与活体组织的分析、病理分析、医疗诊断、产品无损检测等诸多方面。我们在生活中都曾接触过接触过CT。其实它的全名叫核磁共振CT,从这些字眼上便可理解其与物理的关系之慎密。
中国科学技术大学
电磁课小论文
论文题目:
2010
摘要:我们所生活的环境中存在着大量的电磁辐射,它们对人身体的健康存在着极大的危害,而近些年人们在生活中也极力规避这种危害并使现状得到了一些改善。在电磁辐射危害人类健康的同时,人们也将电磁学知识运用到医学治疗中并取得了很多了不起的成果。而这个领域也还在不断发展阶段,尚有很多事情等待我们去做
核磁共振成像(NMR成像)被广泛地用于医疗诊断上,其中最常用是平面成象,即获取样品平面(断面)上的分布信息,称作核磁共振计算机断层成象,也就是常说的核磁共振CT(computed topography)。就人体而言,体内的大部分(75%)物质都是水,且不同组织中水的含量也不同。用核磁共振CT手段可测定生物组织中含水量分布的图像,这实际上就是质子密度分布的图像。当体内遭受某种疾病时,其含水量分布就会发生变化,利用氢核的核磁共振就能诊断出来。图9所示的人体成像装置核磁共振成像系统由磁体系统、谱仪系统、计算机系统和图象显示系统组成。磁体系统由主磁体、梯度线圈、垫补线圈和与主磁场正交的射频线圈组成,是核磁共振发生和产生信号的主体部分。谱仪系统是产生磁共振现象并采用磁共振信号的装置,主要由梯度场发生器和控制系统、MR信号接收和控制等部分组成。计算机图象重建系统要求配备大容量计算机和高分辨的模数转换器(analog/difital converter, A/D),以完成数据采集、累加、傅里叶转换、数据处理和图象显示。

电磁学论文

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磁单极子摘要:关键词:引言:记得念高中时,物理课本中提到电荷可单独存在正电荷与负电荷,又由于电和磁的联系非常密切人们就设想存在单个的磁荷,即存在单个N极和单个S极的磁荷也就是科学家所预言的磁单极子后来在工大学习电磁学时,又对电和磁的相关知识作了进一步的学习,发现了磁和电的惊人相似性,而且很多磁的概念基本上就是跟电的概念一样的,于是就对磁单极子产生了浓厚的兴趣,便由此开始了自己的“探索”了。

正文:一、磁单极子的理论磁棒截成两段,可得到两根新磁棒,它们都有南极和北极,不管你怎样切割,新得到的每一段小磁铁总有两个磁极,这种现象一直持续到亚原子水平。

看上去,南极和北极似乎永远不分家,或者说,磁性粒子通常总是以偶极子(南北两极)的形式成对出现。

这与电有着明显的区别,因为正负两种电荷是可以单独存在的。

这样就造成了磁和电的不对称,使描述电磁现象的麦克斯韦方程组也显得不对称,例如电位移矢量的散度为电荷密度,而磁感强度的散度却为零。

磁和电有很多相似之处。

同种电荷互相推斥,异种电荷互相吸引;同名磁极也互相推斥,异名磁极也互相吸引。

摩擦能使物体带电;如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩擦几次,也能使钢棒磁化。

但是,为什么正、负电荷能够单独存在,而单个磁极却不能单独存在呢?多年来,人们百思而不得其解。

在1931年英国物理学家保罗·狄拉克首先提出了磁单极子理论,从理论上预言了磁单极子的存在。

他认为既然宇宙中存在着带基本电荷的电子,那么理应有带有基本“磁荷”的粒子存在。

简单而言,磁单极子是一种在物理界尚未发现的基本粒子。

磁单极子是理论物理学弦理论中指一些仅带有北极或南极单一磁极的磁性物质,它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。

从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极子的工作。

磁单极子这种粒子听起来虚无缥缈,让人难以置信,因为它们完全来自于纸上计算。

但是,既然电荷能够被分为独立的正电荷和负电荷,那么磁似乎也应该能被独立出南极和北极。

电磁学的应用及原理论文

电磁学的应用及原理论文

电磁学的应用及原理论文引言电磁学是物理学的重要分支,研究电荷之间的相互作用以及电场和磁场对物体的影响。

电磁学的应用十分广泛,涵盖了许多领域,包括工业、通信、医学等。

本论文将介绍电磁学的应用及其原理,探讨其在各个领域中的重要性和影响。

电磁学的基本原理电磁学的研究基于两个基本方程:电场的高斯定律和磁场的法拉第定律。

根据这些基本方程,我们可以推导出许多电磁学的定律和理论。

以下是一些电磁学的基本原理:•库仑定律:描述了两个电荷之间的力和它们之间的相互作用。

电磁力的大小与电荷之间的距离成反比,与它们的电荷量的乘积成正比。

•安培定律:描述了电流通过导线时产生的磁场。

根据安培定律,电流的大小和方向决定了所产生磁场的强度和方向。

•法拉第定律:描述了磁场对电流产生的感应力。

根据法拉第定律,当一个导体在磁场中运动时,磁场会对导体中的电荷产生力,从而产生感应电流。

电磁学的应用电磁学在工业领域中的应用电磁学在工业领域中有着广泛的应用。

以下是一些示例:1.电动机:电动机是将电能转化为机械能的设备,它利用电磁场中的相互作用来产生转矩。

电动机广泛应用于各种机械设备中,如风力发电机、电动汽车等。

2.发电机:发电机是将机械能转化为电能的设备,它利用电磁学原理来产生电流。

发电机广泛应用于电力系统中,为我们提供稳定的电力供应。

3.变压器:变压器是将交流电的电压变换为不同电压的装置,它利用电磁学原理来实现电压的转换。

变压器在电力系统中起到重要的作用,帮助实现电能的传输和分配。

电磁学在通信领域中的应用电磁学在通信领域中起着至关重要的作用。

以下是一些示例:1.电磁波传输:无线电、电视、手机等通信设备都是利用电磁波进行信息传输的。

电磁学原理帮助我们理解电磁波的传播和调制技术,从而实现高效的通信。

2.天线技术:天线是接收和发送无线电波的设备,它利用电磁学原理来实现无线通信。

不同类型的天线可以接收和发射不同频率的电磁波,如Wifi、蓝牙等。

3.电磁兼容性:电磁兼容性是指设备在电磁环境中能够正常工作,而不会相互干扰。

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电磁学论文写作范例(导师推荐6篇)电磁学是物理学的一个分支。

电学与磁学领域有着紧密关系,广义的电磁学可以说是包含电学和磁学;但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。

主要研究电磁波,电磁场以及有关电荷,带电物体的动力学等。

我们在这里整理了六篇电磁学论文,希望给你带来灵感和启发。

电磁学论文写作范例一:题目:超材料在可重构电磁学中的应用与发展摘要:介绍了超材料在微波(0.3~300GHz)、太赫兹(0.3~100THz)和近红外频段(100~790THz)中的可重构电磁学的调控方法和研究现状,并依照功能分类,对在可重构电磁学方面的应用分别做了综合性归纳描述,最后对其在可重构电磁学方向的未来可能的发展趋势做了进一步的展望。

关键词:超材料,可重构,发展趋势超材料(Metamaterial)是可用于工程的但自然界不存在的一种材料,又叫"异向介质";"超电磁介质";或"特异电磁介质";,主要由复合材料以一定的方式重复排列形成,尺度上比涉及的波长更小。

超材料的特性不是来自基本材料的特性,而是他们新设计的结构。

通过外形、尺寸和排列方式等的精确设计能给超材料操纵电磁波的超级特性,通过吸收、增强、或波形弯曲,可以获得传统材料所不具备的益处。

恰当设计的超材料可以以一定的方式影响电磁辐射波或声波,这在一般材料中是做不到的。

超材料的出现迄今为止已有几十年,尤其是对于特定的波长有负折射率,这一现象引起工业界和学术界的广泛兴趣,超材料相关科学研究成果已有3次被《科学》杂志评选为年度十大科技突破。

超材料介质具有从负到正的折射率,其中包括零折射率。

并以其低成本、可满足多种的成本、尺寸和性能的需要,目前已使用在透镜、天线、天线罩和频率选择性表面等设计中。

特别是在引入自然界不存在的场操控特性的工程材料之后,应用更趋广泛。

最初,具有奇异电磁特性的超材料主要通过有序的亚波长谐振器实现,这使新型电磁器件的制造成为可能,包括高增益小天线、完美透镜、小型滤波器以及功率分配器、隐身斗篷、吸收器、波操纵表面和小型极化器。

随着技术的发展以及系统需求的不断提高,对系统的要求越来越高。

不仅要求系统具有稳定的传输性能,而且要求系统能在多频率段工作,有多种工作模式,同时,又能满足体积质量较小、制造成本较低的目标要求。

基于这样的要求,20世纪80年代初提出了可重构系统的概念。

可重构系统可以使一个系统工作在多种期望的模式下,能做到随时切换状态,可以看出,一个可重构的系统就可以完成以前多个系统设备才能实现的多模式工作,这就有效地实现了系统的有效分集。

国内主要对可重构天线做了一定的研究,这方面王秉中做了早期的许多研究工作,并取得了一定的成果。

当超材料出现之后,其良好的性能表现引起了可重构方向研究者的兴趣,并已有诸多的成果发表。

但国内在可重构超材料方面的研究非常少,仅有可数的几个跟随性的工作。

可调可重构超材料定义为通过自身构成部分的物理或几何性质的变化来影响设备的运行部分,进而改变超材料的电磁行为。

基于超材料的结构实现已有好几种调控机制,例如微机械设备、非线性材料、液晶、微流体和多种半导体结构。

目前,已应用在不同种类的无线、有线通信上,可工作在微波、太赫兹、中红外、近红外和可见光波段。

同时,超材料结构是减少静态超材料重要缺陷的合适方式。

事实上,为实现设计超材料的电磁可重构特性,直接方式是在亚波长尺度引入可调器件,这就要牺牲静态结构制造简易性。

这一构想在简易射频设备上最先得到证实,后扩展到其他应用领域和频率范围。

在商业设备制造上,可重构超材料的研究发展存在着严峻的理论、技术挑战,表现在灵活性、工作频带、效率、实现的复杂性、稳健性、调控速度及价格等问题上。

事实上,若要为一个超材料结构提供可重构性,就必须引入额外器件或材料,这会影响系统效率、重量和功耗,为此,就需要无线自组网(ADhoc)控制逻辑。

可重构超材料工程目前是一个非常活跃的研究领域,一直在不断发展出新的技术。

在超材料设备的设计中,可重构性选择的物理机制是非常重要的,物理机制影响到最终的性能、成本、制造复杂程度、尺度大小和结构灵活性。

早期,许多可重构超材料是建立在普遍建立的模块基础之上,例如,开环谐振器(splitringresonators,SRRs)和互补开环谐振器(complementarysplit-ringresonator,CSRR)。

它们的特性参数适于压控电容或电阻来调整。

近年来,在可重构系统的设计过程中已全部利用ADhoc来设计。

例如,优化的可调超表面,以及他们的可控子单元。

若要取得可重构性,就需要考虑一些不同的物理因素,比如,可调的模块单元、微机械设备、可控液晶(通过热、光和电旁路)、石墨烯和液态金属等。

1、可重构调控方法可重构的实现方法选择主要取决于目标的工作频率,因此可按频率将可重构调控方法做一区分:微波(0.3~300GHz)、太赫兹(0.3~100THz)和近红外频段(100~790THz)。

1.1微波频段最早开发的可重构超材料主要在微波频段,这是因为器件的制造和测试比高频段的来得简单,在有线和无线超材料系统有广泛的适用性。

这使得早期的设计者都以静态微波超材料作为制备相应可重构器件的出发点,而在结构上通过集成成熟技术增强其灵活性。

微波频段的实现方法主要有:可变电容、可变电阻及开关、微机电系统(micro-electro-mechanicalsystems,MEMS)、机械重构、微流体与液晶等。

可变电容方法是通过在结构单元中引入电容值可以调整的可变电容来实现可重构的,因为电容值的改变可导致频率改变,这样在不同的频率点就实现了可重构。

方法简单、成本低廉且易集成,是实现可重构超材料最常用的方法。

王东兴在阶梯状超材料单元引入可变电容来调节谐振频率,H形单元组成的可变电容来实现3D超材料可重构,可调工作频率范围9.5~10GHz.江涛利用可变电容用来调节固定频率上的传播特性,并通过在每层排列的单元上集成一个可变电容构成控制波束的超材料。

这种结构的实验测定的频率在4.9GHz,共由8层构成,每1层有14x36个单元。

可变电容方法存在一些固有缺点,例如,J.Purpin就证实串联RF电阻可导致功率损耗和并联阻抗可引起在高频段的性能恶化。

而且,单元集成对于直流信号分布网络的设计显得过于复杂。

由于有大量的控制节点,尤其在3D结构上,在材料上的每个可变电容应用旁路信号来组建网络具有极大难度。

故此,可变电容方式难以施用于大型系统。

在许多文献中超材料结构主要考虑使用集总器件单元(例如,RF开关、可变电阻器)来实现,在研究方法上,借鉴可变电容的原理通过电流调整以及功耗改变来达到可重构目的。

J.Choi等人提出一种交叉极化的SRR实现双负特性的方法,每4个开关组成一个SRR单元,把内置开关的SRR插入到一个微带结构中,最终可以实现在5~10GHz频率范围带通响应的数字控制。

而J.Soricet等人在天线结构覆盖的集成可变电阻的超材料器件上实现了吸收效率可调节。

MEMS方式主要是利用高速度的RF开关实现可重构超材料。

N.J.Smith等人在MEMS中通过电路的通/断来达到超材料单元重构或超材料器件的隔离部份。

尽管MEMS以高幅度电容调制器的方式实际工作在微波频段,但由于电容变化足够大以至于能近似看作理想开关。

另一个方面,MEMS的实现常常需要很高的旁路电压(70~150V),这在标准控制系统里一般难以实现。

由于生产过程的原因,截止状态下不同设备间的MEMS响应表现出较大变化。

加之嵌入集总元件设计的制造及集成的成本问题,使得MEMS技术的推广受到局限。

奇异电磁场控制是超材料本身的几何形状以及与电磁入射波的相互作用的共同结果,因此,改变超材料结构的形状不失为实现可重构特性的一种直接方式。

东南大学崔铁军研究团队的林先其出基于移动单元的机械可重构超材料的实现方法,即是通过一个位于电介质单元内部的可调高度的细金属棒来调节超材料片的有效介质参数,调节范围4.0~5.5GHz.J.Naqui 利用微带线机械形变的方法来实现可重构,这种方法主要是往超材料谐振器埋入微带线,微带线的机械形变可调的频带处于 2.0~3.0GHz,实验表明,机械调节有较好的控制能力,尽管其仅适用于可重构速度相对低的情况。

所以,机械可重构在传感器及探测器应用上仍有一定的吸引力。

微流体的方法是利用在超材料结构中注入微流体来实现对场的操控,代表性例子是T.S.Kasi-riga提出的方法,由弹性材料制成的空心微机械材料SRR,谐振器的打开/关闭通过注入水银来控制。

在这种结构中,打开/关闭谐振器完全利用物理上删除超材料谐振器来实现,这避免了常在其他开关机理的方法中出现的错误谐振。

类似的,C.L.Hollowa给出了一组流体控制的超表面,超表面是由3x6方形网格超薄膜阵列构成,附着有聚合物流体去离子水的注入/删除管道,这种方法实现了3.6~3.8GHz频率可调范围。

一般的液晶常工作在高频情况下,向列相液晶却可用于可重构超材料的微波频段。

这种类流体材料由柱状分子组成,它的取向由电磁偏置电压、光激励及热渐变决定。

利用这些机制,各向异性液晶的电介质特性可以在较大频率范围调节,实现可重构。

在要求用复杂控制网络实现可重构材料的时候,向列相的液晶是最佳选择。

赵倩提出由一个润周期性SRR阵列的向列相液晶构成一个电类可重构超材料的方法,其调节性能决定于电场偏置,频率范围在200MHz左右。

1.2太赫兹和中红外频段由于成本、生产复杂性等因素,微波频段的方法仅有很少的几种才能在较大的频率范围应用。

因此,研究重心开始转移到寻求太赫兹和中红外频段的可行方法,太赫兹和中红外频段可重构超材料的设计最近已经成为一个非常流行的研究方向,主要应用在安全、图像和通信领域。

液晶、非线性材料、石墨烯和弹性材料是较有代表性的方法。

液晶的宽带行为表明在太赫兹和近红外频段液晶的调控方法是可行的。

J.A.Bossard采用在向列相液晶的基板上涂覆一层介电球,得到了负、零、正折射率。

由于相对介电常数εr在2~4的范围变化,在3.4~4.0THz频段介电球就可以实现从负到正的有效介电常数εe随机分布值。

这个结果表明,性能表现相比与微波频段,液晶更适宜用在THz频段。

由于速度、制造相对简单以及成本上的考量,在THz频段,液晶的控制方法是很有前景的发展方向。

非线性材料方式是基于某些材料在THz频段具有较强的非线性响应。

基本原理是:在超材料的布线中使用非线性介质,介质的电磁响应由通道信号(激光束、渐变的温度等)间接控制。

M.D.Gold-flam提出VO2是一种可行的技术方案。

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