周期性结构的时频散射特性研究
多孔材料中的声子晶体与声子带隙
多孔材料中的声子晶体与声子带隙声子晶体是一种具有周期性结构的材料，其中声子的行为受到晶格振动的约束。
与电子晶体类似，声子晶体可以存在声子带隙，这些带隙对声子传播起着重要的控制作用。
声子晶体中的声子传播受到晶格结构的约束，其传播方式与晶格振动的性质密切相关。
当声子传播的波长与材料的晶格周期匹配时，波函数会被散射，从而导致频率范围内的声子波不能在材料中传播。
这种现象被称为声子带隙。
声子带隙的存在使得声子晶体表现出一些新颖的性质，例如声学绝缘、声学导波等。
多孔材料是一类含有许多微孔或孔隙的材料，其孔隙结构可以引入非常丰富的声子散射机制。
对于多孔材料中的声子晶体，其声子传播过程包括两部分：一是声子在晶格中的传播，二是声子在孔隙中的散射。
多孔材料的微观结构对声子传播有着重要的影响。
当多孔材料中的孔隙大小与声子波长的量级相当时，声子与孔隙壁之间的相互作用会导致声子波的散射，从而影响声子的传播。
孔隙的存在使得声子在平均自由程内会发生多次反射，从而减弱声子的传播强度。
因此，多孔材料中的声子传播受到晶格散射和孔隙散射的双重影响。
在多孔材料中，声子晶体的声子带隙可以通过两种方式形成。
一种是由孔隙结构引入的晶格散射，即声子在晶格中的传播受到孔隙壁的约束，形成带隙。
另一种是由孔隙散射引起的，即声子在孔隙中的传播受到孔隙壁的散射，形成带隙。
这两种散射机制相互作用，共同决定声子晶体带隙的形成。
多孔材料中声子晶体的带隙结构可以通过实验和计算方法来研究。
实验方法主要包括声学谱学技术和散射谱学技术。
声学谱学技术可以通过测量声子的传播特性来确定带隙结构，而散射谱学技术则可以测量声子在晶格和孔隙中的散射特性。
计算方法主要包括第一性原理计算和格林函数技术。
第一性原理计算可以通过求解声子本征方程来得到声子带结构和声子态密度，而格林函数技术可以计算声子在晶格和孔隙中的散射过程。
多孔材料中声子带隙的研究不仅有基础科学意义，还具有重要的应用价值。
二维EBG结构及覆盖目标散射特性研究
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第４ ０卷第 ６ 期 ２０ ０ ８年 ｌ 月 ２
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报
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参 数 ， 究 目标覆 盖 周 期 性 介 质 层 结 构 的散 射 特 性 。 算 结 果 表 明 ， 研 计 电磁 带 隙 结 构 的周 期 性 层 数 能 够 影 响 衰 减 深
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ｒ ｄ ｒｃ ｏ ｓｓ ｃ ｉｎ （ ａ ａ ｒ ｓ ｅ ｔｏ ＲＣＳ ｆｔ ｅｏ ｊｃｓ ｈ ｓｐ ｏ ｉｉｇ ａ ｎ ｗ ｉｅ ｔｏ ｏ ａ ｇ ｔｓｅ ｌｈ ）ｏ ｈ ｂｅ ｔ ，ｔ ｕ ｒ ｖｄ ｎ ｅ ｄ ｒｃ ｉｎ ｆ ｒｔ ｒ ｅ ｔａｔ ．
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典型结构缺陷的局部电磁散射特性测试流程研究
图11 损伤分布随时间的变化趋势图12 有限元模拟和实验数据对比结语本文通过搭建多轴蠕变试验台，开展内压和轴向拉伸多轴蠕变试验，并利用有限元二次开发进行蠕变过程模拟，得出以下结论。
，式中，δ值（理论值），图1 载体外形示意图 图2 安装接口被测部件外形为盾形，与低散射载体通过止口定位连接，尺寸精度需要较高，安装之后缝隙小于0.2mm，安装完后采用相应的铝箔或吸波胶条将安装螺丝和缝隙黏接，以确保电性能连续。
在同一测试环境中，目标-载体耦合来源于目标的散射和载体的再散射。
根据目标雷达散射特性测量与处理技术，目标-载体耦合的影响很难完全采用解析的方法来分析和解决，一般通过实验测量来研究不同目标-载体的耦合散射。
为研究目标-载体耦合对目标散射性能测量结果误图5 测试流程示意图由于载体是金属结构，当被测目标安装在载体上时，目标与载体之间是导电的，那么，载体和目标的表面感应电流激发了目标和载体之间耦合散射作用。
在电磁散射测试中，由于金属载体的特殊外形以及目标-载体间的几何关系，入射场在目标表面激发的表面电流将流向金属载体。
图6和图7分别表示VV极化和HH极化情况下目标表面行波传导至金属载体的耦合电流方向。
在VV极化时，所激发的表面行波既传导到载体前沿尖劈，也传导到载体的侧向；而在HH极化情况下，主要激发表面行波传导至载体两侧。
由于金属载体的特殊散射结构，流经金属载体前沿的表面波更容易对目标自身散射回波产生干扰。
图3 被测样件 图4 被测样件安装方式图6 VV极化时目标与载体产生的耦合电流图7 HH极化时目标与载体产生的耦合电流3 测试结果分析对于低电磁散射目标而言，因为表面缝隙、台阶等弱散射源极易出现问题且数量多，因此，这些弱散射源是重要的雷达后向散射源。
本文采用典型缺陷缝隙型样件进行验证电磁散射特性评估系统的合理性和可靠性。
如图8所示，典型缝隙缺陷样件。
图9～11所示为测试结果。
从图8～10可以看出，样件实物和测试结果在距离和缺陷尺寸上能够体现对应关系，从而验证测试流程图8 被测典型缺陷样件优化流程前vv测试结果件图9。
声子学中的声子晶体结构及其特性研究
声子学中的声子晶体结构及其特性研究声子学是研究固体中声子（晶体中的准粒子）的产生、传播和相互作用的科学领域。
声子晶体是固体中的一种周期性结构，其晶格周期和原子晶格周期相互耦合，并且对声子的传播和能量传递产生显著影响。
本文将着重讨论声子晶体结构及其特性的研究。
声子晶体的结构是由周期性激励介质的阻抗变化所构成。
这种结构可以在任何尺度上存在，从纳米尺度的材料到宏观尺度的结构。
这种阻抗变化会导致声子的反射、折射和散射，从而影响声子的传播和能量传递。
因此，声子晶体可以具有一些特殊的声子特性，例如声子带隙和声子束缚态。
声子带隙是声子晶体的最重要特性之一。
类似于电子带隙，声子带隙是指在特定频率范围内声子的能量禁闭区域。
当声子频率落在带隙范围内时，它们将被禁止传播。
这使得声子晶体可以具有特殊的声波传播性质，例如声子的能量传输受到限制，从而导致声波的衍射和干涉现象。
声子束缚态是另一个与声子晶体相关的特性。
束缚态是指声子在晶体中的局域化现象，类似于电子在晶体中的束缚态。
在声子晶体中，声子的振动模式被限制在局部区域，形成了束缚态。
这种束缚态可以用于设计和控制声子传播的路径和行为。
例如，通过调整声子束缚态的位置和能量，可以实现声子的制导和信息传输，这对实现声子器件和声子电路具有重要意义。
声子晶体的研究有着广泛的应用前景。
首先，声子晶体的特殊声波传播性质可以用于开发新型声子器件和声子电路，例如声子波导和声子晶体谐振器。
这些器件可以在声学信号处理、声波传感、声子信息传输等领域发挥重要作用。
其次，声子晶体的研究对于材料科学和能源领域也具有重要意义。
通过研究声子晶体中的声子特性，可以揭示材料的声子输运行为，从而提高材料的热导率和热电性能。
这对于开发高效的能源转换材料和热管理材料至关重要。
另外，声子晶体还可以用于光子学领域的研究。
声子晶体可以用来制备具有光子带隙的材料，这些材料可以在特定频率范围内禁止光子传播，从而实现光的控制和调制。
光子晶体与亚波长光学的研究和应用
光子晶体与亚波长光学的研究和应用光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其特点是具有光子带隙，可以在特定频率范围内对光进行完全反射。
亚波长光学是指在波长远小于光束横向尺寸的情况下进行光学研究和应用。
光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现一系列新颖的光学现象和应用。
光子晶体的研究和应用吸引了广泛关注，因为它具有许多独特的光学特性。
首先，光子晶体的周期性结构使得光的传播受到限制，产生了光子带隙。
这意味着在特定频率范围内，光无法传播，从而实现了光的完全反射。
在光子带隙内的光也会被光子晶体散射，产生一些有趣的光学效应。
其次，光子晶体可以实现光的导波和调控。
通过在光子晶体中引入缺陷，可以形成光子晶体波导，实现光的传导。
与传统的光波导相比，光子晶体波导具有更小的损耗和更大的模式面积，有助于实现高效率的光传输。
通过调控光子晶体波导的结构，可以实现对光信号的调制和控制，从而实现光的能量调控、相位调控、光的分波器、滤波器等应用。
此外，光子晶体还可以用于光的放大、激光和光传感器等领域。
通过在光子晶体中引入发射中心，可以实现光的放大，形成光子晶体激光器。
相比传统的激光器，光子晶体激光器具有更低的阈值功率和更窄的线宽，有助于实现高品质的激光输出。
此外，光子晶体结构的调控还可以实现针对特定物质或环境的光传感器，具有高灵敏度和高选择性。
亚波长光学是光的研究和应用的一个重要分支，在纳米尺度下具有很多独特的光学现象。
例如，纳米颗粒在特定波长下可以表现出金属和介质的特性，实现光的表面等离子共振，从而实现光的局域场增强、非线性光学等应用。
另外，亚波长光学还包括纳米光学器件的制备和应用。
通过制备纳米级光学器件，可以实现对光的高度控制，并且可以在亚波长尺寸下实现更高的光学分辨率。
将光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现更多新颖的光学现象和应用。
例如，通过在光子晶体中引入纳米颗粒，可以实现光的局域场增强，从而实现更高的灵敏度的光学传感。
另外，光子晶体结构的调控可以实现更小尺寸的光波导器件，从而实现更高的集成度和更高的光传输效率。
光子晶体的振动模式研究
光子晶体的振动模式研究光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其研究和应用在材料科学、光学和光电子学领域具有重要意义。
光子晶体的振动模式研究是探索其光学特性的关键步骤，本文将介绍光子晶体振动模式的基本概念和研究方法。
1. 光子晶体的基本概念光子晶体是由周期性介质构成的材料，在其中光子的传播受到了布拉格散射的限制。
光子晶体中的周期性结构可以通过改变介质的折射率、周期和晶格常数来调节。
光子晶体的周期性结构使得其在光学波长尺寸的量级上表现出了许多特殊的光学性质。
2. 光子晶体的振动模式光子晶体的振动模式是指在光子晶体中光的传播受到限制时的固有振动方式。
光子晶体中的振动模式可以分为声学模式和光学模式两类。
声学模式是指在较低频率范围内，光子晶体中的介质发生整体位移的振动方式。
光学模式是指在较高频率范围内，光子晶体中的介质发生极化振动的方式。
3. 光子晶体振动模式的研究方法研究光子晶体振动模式的方法主要有计算模拟和实验观测两种。
计算模拟是通过数值运算方法，如有限元法和基于布拉格散射的光学传输矩阵法，来模拟光子晶体中的振动模式。
计算模拟可以提供光子晶体内部的场分布情况和频率特性。
实验观测则通过实验手段，如红外光谱和激光共聚焦显微镜，来观测光子晶体中的振动模式。
实验观测可以直观地验证计算模拟结果，对光子晶体的振动模式提供直接的实验证据。
4. 光子晶体振动模式的应用研究光子晶体的振动模式研究为其在光学通信、光纤传感和光子器件等领域的应用提供了关键支持。
光子晶体中声学模式的研究可用于设计和制备声子晶体，实现声学波的控制传输。
声子晶体在声波过滤、声波波导和声子晶体材料等领域有重要应用。
光子晶体中光学模式的研究可用于设计和制备光电子器件，实现光的控制传输和调制。
光子晶体在光学波导、激光器和光通信器件等领域有广泛应用。
总结：光子晶体的振动模式研究是光子晶体光学特性的重要组成部分。
通过研究光子晶体的振动模式，可以深入了解光子晶体中光的传播特性和介质的响应行为。
光子晶体结构颜色生成机制研究进展
光子晶体结构颜色生成机制研究进展光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其结构中的孔隙或周期的变化可以导致可见光的某些波长受到选择性的散射，从而产生特定颜色。
光子晶体的独特的颜色效应使得它们在材料科学、光电子学、光子学和色彩工程等领域具有重要的应用潜力。
随着对光子晶体结构颜色生成机制的深入研究，人们对其物理原理和应用方面的理解也得到了显著的进展。
光子晶体结构颜色生成机制主要包括布拉格衍射、布里渊散射和光子带隙效应。
布拉格衍射是一种基于结构周期性的散射现象，通过光的干涉效应来产生颜色。
当入射光的波长与光子晶体的结构周期相匹配时，发生布拉格衍射，只有特定波长的光得到增强散射，其他波长的光则被抑制。
这种颜色效应可以通过调整光子晶体的孔隙大小和形状来调控，进而实现对颜色的精确控制。
布里渊散射是光子晶体中的非弹性散射过程，它通过晶格中存在的声音波来散射入射光，产生颜色效应。
布里渊散射的颜色效应取决于入射光的波长和声音波的频率，通过控制晶格的特定参数，如孔隙大小、晶格常数等，可以调节布里渊散射的颜色。
光子带隙效应是最主要的光子晶体颜色生成机制之一。
光子带隙是能量在晶格中传播的带隙，类似于电子在半导体中的禁带。
当光的波长与光子带隙的范围相匹配时，光子晶体中的特定波长的光被带隙所抑制，其他波长的光透过光子晶体散射出来。
这种效应使得光子晶体呈现出明亮的结构颜色。
通过调控光子晶体的结构参数、孔隙大小和晶格常数等，可以实现对光子带隙的调控，从而获得不同范围和强度的结构颜色。
在光子晶体结构颜色生成机制的研究中，人们还发现了一些其他的影响因素，如晶格的对称性、孔隙的分布、材料的折射率等。
这些因素都可以对光子晶体的颜色效应产生重要影响。
因此，研究人员通过设计和合成具有特定结构和特性的光子晶体材料，以探索更丰富的颜色效应和应用。
光子晶体结构颜色生成机制的研究进展不仅扩展了我们对光的理解，也促进了光子晶体领域的应用。
光子晶体的独特颜色效应使其在信息存储、显示技术、传感器、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
积分方程法结合Ewald变换和栅格对称性分析周期性结构的散射特性
积分方程法结合Ewald变换和栅格对称性分析周期性结构的散射特性苏建勋;李增瑞【期刊名称】《中国传媒大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】In this paper,we present a space-domain integral-equation method for the analysis of period-ic structures formed by three-dimensional (3-D) metallic objects arranged in a general skewed two-dimensional lattice. The computation of the spatial domain Green’ s function is accelerated by the Ewald transformation. The geometric model is simplified by the lattice symmetry,so that the unknown is greatly reduced. Filling MoM matrix and solving linear system are greatly reduced. Our technique shows much higher efficiency when compared with available commercial software and the methods published at pres-ent.%本文提出空域积分方程法分析周期性结构。
空域周期格林函数的计算通过改进的Ewald变换进行加速。
利用周期性结构栅格的对称性简化了几何模型的尺寸，未知量大大减少，以致填充矩阵和求解MoM线性系统的时间大为减少。
我们的方法跟目前已发表的文章和商业软件相比，更高效和精确。
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周期性结构的时频散射特性研究
雷达隐身技术是现代战争中隐蔽和突防的重要技术手段,而雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)又是雷达隐身技术的关键参数。
如何更有效地降低目标的雷达散射截面,增强隐身性能,以及如何更准确地探测具有低雷达散射截面的目标,增强反隐身手段,都涉及到对目标时域和频域散射特性的研究。
本文旨在研究周期性结构的频域和时域散射特性,通过对周期性结构时、频域散射特性的分析,揭示周期性结构的散射机理,探索利用结构的周期性缩减雷达散射截面、以及利用结构不同部分的时域响应探测低散射周期性目标的方法。
本文工作为提高目标的隐身性能以及为隐身目标的探测提供了新的思路。
本文的主要工作和创新点如下:1.通过对高斯脉冲调制正弦波入射到周期性频率选择表面后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,即其散射波形在开始时有较大幅度、经过一段时间稳定后幅度才变得很小的现象。
采用等效电路分析方法对反射和透射电流进行了分析,从电路角度揭示了这种结构产生时域溅射现象的机理:即缝隙阵列等效电路中的电容和电感在散射开始时产生不均衡散射,从而造成总散射出现较大的峰值,如果等效电容增加,其时域溅射现象更显著。
为了验证本文工作,对不同尺寸、相同频率的缝隙阵列的时域溅射特性进行了实际测量,测量结果与理论分析结果一致性较好。
2.对带电磁带隙的微带天线和覆盖电磁带隙的棋盘型人工电磁表面的散射特性进行了研究,揭示了其带内的低RCS特性主要是由来自电磁带隙和来自目标自身的散射在后向相抵消形成的。
在此基础上,通过对高斯脉冲调制正弦波入射到低RCS目标后产生的时域散射波形进行分析,发现了低散射周期性结构的电磁溅射现象,探讨了电磁溅射现
象的形成机理,并进行了实验验证。
利用这种溅射现象,有可能探索出一种探测低RCS目标的时域新方法。
3.提出了利用各向异性结构不同方向上折射率不同的特性来设计低散射人工电磁表面的方法,并进行了实验验证。
这种表面利用了由不同旋转角度金属贴片构成的阵列产生的等效各向异性介电常数,使得在这个表面上传播的表面波可以沿着设定的方向传播,从而可以使其向着和背离表面边缘传播,避免激发边缘奇异电流,减小边缘的散射。
实验结果与理论设计相吻合。
4.为了实现不同极化波入射下的低RCS,提出了极化无关梯度折射率表面的概念,并采用圆环形贴片设计实现了准极化无关的梯度折射率表面。
同时,基于广义折射率原理,还设计了方形贴片和耶路撒冷贴片等2种不同类型的梯度折射率表面,并对其散射特性进行了深入研究。
结果表明,环形贴片梯度折射率表面能将不同极化的入射波转化为表面波,耶路撒冷贴片梯度折射率表面能在较宽频带内减低后向RCS。
5.利用编码的思想和环形贴片及耶路撒冷贴片单元的反射相位分布情况,设计了适用于不同极化波入射时的低RCS超材料表面,和在较宽频带上实现低RCS 的超材料表面。
这些表面可将入射波散射到多个方向,打散散射能量,从而减小后向RCS。
6.提出了低散射宽带人工电磁表面的设计方法,该方法先从数学上推导了能用于表示人工电磁材料表面电场分布的近似公式,再通过优化调整公式中的各参数,使散射满足预先的设计要求。
然后根据确定的公式参数推算出能够实现宽角度散射时所需的表面电场的相位分布条件,最后通过相位分布反推出对应位置处
的单元结构,从而实现电磁表面的设计。