1 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料与器件重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
机器学习等数据驱动方法能够快速发掘数据之间潜在的统计相关性, 实现目标量的高效精准预测, 并辅助分析数据背后的物理图像, 已被广泛应用于材料性能预测和器件设计的研究之中。近年来, 机器学习模型研究在微波介质陶瓷材料及器件开发中也取得了系列进展。本文介绍了机器学习方法的基本原理和过程, 重点总结了微波介质陶瓷的介电常数、品质因数等关键性能的机器学习预测模型研究的最新进展, 探讨了材料成分、结构、工艺等参数与微波介电性能之间的关系, 并概述了机器学习方法在微波天线和滤波器的尺寸优化、失效分析等方面的应用。最后, 指出了数据驱动研究在微波介质陶瓷材料及器件领域的若干发展方向。
数据驱动范式 机器学习 微波介质陶瓷 介电性能 微波器件 data-driven paradigm machine learning microwave dielectric ceramics dielectric properties microwave devices
南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
微波介质陶瓷作为介质材料被广泛应用于物联网、工业互联网、5G通信、全球卫星通信系统的无源器件中。从微波介质陶瓷的研究背景出发, 介绍了冷烧结的致密机理和工艺参数, 总结了冷烧结微波介质陶瓷的主要材料体系和器件, 指出了冷烧结微波介质陶瓷的主要问题和发展前景。冷烧结技术具有烧结温度低(<300 ℃)、可共烧异质材料、烧结前后晶粒尺寸差异小、制备工艺简单、节能环保等多种优点, 在多层共烧陶瓷和微波系统集成方面具有潜在应用。
冷烧结 微波介质陶瓷 微波器件 微波性能 cold sintering process microwave dielectric ceramics microwave devices microwave properties
1 东南大学电磁空间科学与技术研究院, 江苏 南京 210096
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
以微带为代表的传统微波传输线无法精细操控电磁模式,因此传统电子信息系统在空间耦合、动态响应和性能鲁棒性等方面存在瓶颈。人工表面等离激元(SSPP)超材料可打破上述瓶颈,是光学与信息领域的研究热点之一。人工表面等离激元超材料是一类模拟光频段表面等离激元特性的新型超材料,可在微波和太赫兹频段精细操控表面波,具有与平面电路相似的构型特性,可用于制备下一代集成电路的基础传输线。人工表面等离激元分为传输型和局域型两类。传输型人工表面等离激元超材料始于三维立体结构,后发展成超薄梳状金属条带构型。学者们构建了以其为基础的微波电路新体系,研制了人工表面等离激元滤波器、天线、放大器和倍频器等典型的无源和有源器件,并将其集成为可实现亚波长间距多通道信号非视距传输的无线通信系统。人工局域表面等离激元(SLSP)超材料也经历了从三维立体构型到超薄构型的发展历程,并通过螺旋构型、链式构型、高阶模式和杂化模式等为电磁波的亚波长尺度调控提供了更多自由度。系统讨论了人工表面等离激元超材料在微波电路中的相关理论和应用,包括人工表面等离激元超材料的基本概念、构型发展、无源/有源器件以及无线通信系统。
表面光学 超材料 人工表面等离激元 人工局域表面等离激元 微波器件 无线通信系统
1 中国工程物理研究院 a.研究生院
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
3 中国工程物理研究院 b.高性能数值模拟软件中心，北京 100094
为提高高功率微波 (HPM)器件的输出功率和转换效率，通过对磁绝缘线振荡器( MILO)和分离腔振荡器( SCO)的特性分析，提出利用 MILO磁绝缘电流驱动的 SCO替代收集极，构成一个具有更高输出性能的双频混合型 HPM器件。通过全电磁粒子模拟软件的模拟，结果表明: L波段 MILO-SCO混合型 HPM器件可在 1.54 GHz和 0.74 GHz双频下工作，转换效率超过 20%，对探索提高 HPM器件工作性能提供了参考。
双频 混合型高功率微波器件 微波输出功率与效率 数值模拟 dual band hybrid High Power Microwave device microwave output power and efficiency numerical simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(1): 96
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点,提高高功率微波器件的优化设计水平,将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件--两个波段的磁绝缘线振荡器(MILO): C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下,原C-MILO效率为10.8%,经优化后效率为15.4%; 原L-MILO效率为12.6%,经优化后效率为17.7%。由此得出,两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高,且模型几何参数合理,物理图像正确。
遗传算法 PIC程序 高功率微波器件 磁绝缘线振荡器 优化设计 genetic algorithm PIC code high power microwave sources magnetically insulated transmission line oscillato optimization design 强激光与粒子束
2014, 26(4): 043004
东莞理工学院 电子工程学院, 广东 东莞 523808
在微波技术向太赫兹波段推进过程中, 人们关注的核心问题是器件的频率、效率或功率问题。文章从Maxwell方程出发, 对两腔微波振荡器的束流动力学与束-波转换效率进行了讨论。在经典力学框架内, 把电子相位运动方程化为摆方程; 从系统的相平面特征出发, 讨论了器件的接受度和束-波转换效率。结果表明, 当相空间密度均匀分布时, 相面积越大束流越强, 功率越高; 而能散越大束-波作用越强, 转换效率越高。
微波器件 转换效率 相面积 哈密顿量 microwave device conversion efficiency phase area Hamiltonian
1 哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 黑龙江大学集成电路重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
提出了一种基于单负Metamaterials对的带通滤波器的设计原理,给出了这种带通滤波器的谐振频率的表达式,对其谐振频率及带宽与其决定因素之间的关系进行了计算,对计算结果进行了讨论,为设计单负Metamaterial对带通滤波器的理论与方法提供了依据。研究结果表明:利用单负Metamaterials对的确可以实现带通滤波器;ENG板的磁导率μ1、MNG板的介电常数ε2、电等离子体频率ωep、磁等离子体频率ωmp、两个层的厚度比值a这五个因素决定了这种滤波器的中心频率;两个层的厚度及二者之间的比值决定这种滤波器的带宽。
微波器件 带通滤波器 带宽 Metamaterials metamaterials microwave devices band-pass filter band width
HPM对微波器件的输出脉冲影响主要有幅度变化、脉宽变化、相位变化以及暂时性压制,以此为基础建立了4种效应参量的模型,分别是衰减因子、脉宽、相移和压制时间。在建立效应参量模型时,参照分离变量法,提出使用加权函数的方法把多维函数分解成多个1维函数相乘,基本解决了利用有限实验数据建立数学模型的问题。给出了利用效应数据建立数学模型所常用的几种数据处理方法,如曲线拟合、查表／插值和概率统计,并给出了该方法在TR放电管效应评估中的使用实例。
HPM效应 微波器件 建模方法 数据处理 TＲ放电管 HPM effect microwave component modeling method data processing TR tube
国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南,长沙,410073
用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下,在均匀波导,无箔二极管,以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程,研究了束包络的波动和如何减少波动的问题.分析表明:在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动,从而减少电子在波导中的波动幅度;电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动,不会增加束电子的波动.因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求,有利于实现永磁包装微波器件。
强流相对论环形电子束 低磁场高功率微波器件 粒子模拟 Intense relativistic annular beam HPM source operated at low magnetic field Particle simulation
