微尺寸天線遠(yuǎn)場工程快速求解算法及其應(yīng)用.pdf

1、微尺寸天線的研究已經(jīng)逐漸成為了一個(gè)熱門領(lǐng)域。如果傳統(tǒng)天線的尺寸足夠小以至于能對(duì)太赫茲波，光波和近紅外光波波段的電磁波產(chǎn)生反應(yīng)，則可稱其為微尺寸天線，其尺寸為納米到微米數(shù)量級(jí)。微尺寸天線在與天線尺寸同數(shù)量級(jí)波長的電磁波照射下，其表面會(huì)出現(xiàn)局域表面等離子共振，結(jié)果是天線上出現(xiàn)等離子體振子，這些振子可以散射電磁波，這種散射波的特性由天線的尺寸、形狀和材料等決定。因此通過設(shè)計(jì)不同形狀與尺寸的天線，就能對(duì)散射波的幅度、相位和極化方向等參數(shù)進(jìn)行控制

2、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)場波前的操控。這樣，天線就可以廣泛應(yīng)用于諸如偏折光線，亞波長聚焦，具有多種功能的超薄平面透鏡、納米半波片、隱身材料、光電轉(zhuǎn)換、太陽能效率增強(qiáng)、拉曼增強(qiáng)、熒光增強(qiáng)、量子通信、細(xì)胞檢測、表面等離子增強(qiáng)（SPR）、納米通信、數(shù)學(xué)運(yùn)算等領(lǐng)域。雖然微尺寸天線有非常廣闊的應(yīng)用前景，但目前微尺寸天線的理論發(fā)展還不成熟，從天線的理論分析和模型建立，到材料選型，再到加工技術(shù)等環(huán)節(jié)都還處在研究階段。尤其是在驗(yàn)證所建立的天線模型環(huán)節(jié)，通常是采用

3、有限時(shí)域差分算法，該算法存在耗時(shí)量大，不容易收斂等缺點(diǎn)，這使得研發(fā)效率大大降低。本文嘗試將經(jīng)典微波波段中，用于計(jì)算電磁波的RWG矩量法（RWG-MomentofMethod,簡稱RWG-MoM，RWG為發(fā)明該方法的三位作者姓名首字母）算法引入到微尺寸天線的求解中來，對(duì)天線模型的散射場進(jìn)行快速求解，通過與有限時(shí)域差分法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)RWG-MOM算法用到求解由C形天線組成的三種操縱光波的超薄透鏡參數(shù)時(shí)，相比較于時(shí)域有限差分法（Fi

4、niteDifferenceTimeDomain，簡稱FDTD）算法實(shí)現(xiàn)了最少30倍，最快100倍以上的速度提升。另外本文也設(shè)計(jì)了一種銀納米天線，可以使圓極化光的相位產(chǎn)生從0到2π的任意突變，用以實(shí)現(xiàn)光的自由偏折和聚焦，接著討論了影響納米天線陣列的聚焦和折射能力的因素。本文以微尺寸天線檢測微生物的應(yīng)用為例，探討了微尺寸天線在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。微生物的大小、相對(duì)位置和實(shí)驗(yàn)環(huán)境等因素對(duì)天線諧振頻率的影響，同時(shí)不同形狀的天線，對(duì)于同種微生物