發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 08:36

【摘要】：電磁波具備能量與動(dòng)量,電磁鑷?yán)梦⒉ň劢箞?chǎng)與物質(zhì)之間的動(dòng)量轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的捕獲,一方面可突破光鑷對(duì)周邊環(huán)境物質(zhì)的透光性要求;另一方面也可豐富和推進(jìn)微波領(lǐng)域的發(fā)展,有望實(shí)現(xiàn)一種普適性、簡(jiǎn)便性、經(jīng)濟(jì)性的電磁捕獲和操控工具。時(shí)間反演(Time Reversal,TR)的空時(shí)聚焦特性應(yīng)用在場(chǎng)控制領(lǐng)域中可以克服微波的衍射和能量發(fā)散,實(shí)現(xiàn)微波頻段的空間聚焦場(chǎng),為電磁鑷的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)手段。本文基于TR技術(shù),以實(shí)現(xiàn)電磁鑷捕獲單個(gè)、多個(gè)高折射率瑞利微粒以及低折射率瑞利微粒為目的,對(duì)如何提升單點(diǎn)、多點(diǎn)聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度以及如何實(shí)現(xiàn)中空環(huán)形大梯度微波聚焦場(chǎng)進(jìn)行了深入研究。首先,基于時(shí)間反演場(chǎng)的表達(dá)式,通過(guò)理論推導(dǎo)和數(shù)據(jù)分析,得到提升聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度的兩大關(guān)鍵因素。在TR技術(shù)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)聚焦場(chǎng)的基礎(chǔ)之上,探究金屬絲排布方式對(duì)聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度的兩大因素的影響,最終選定了2種可提升聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度的排布方式,并在激勵(lì)天線(xiàn)處實(shí)現(xiàn)了兩種大梯度聚焦場(chǎng),研究聚焦天線(xiàn)位置的改變對(duì)大梯度微波聚焦場(chǎng)的影響。研究大梯度微波聚焦場(chǎng)對(duì)單個(gè)高折射率微粒的捕獲,驗(yàn)證基于大梯度微波聚焦場(chǎng)的電磁鑷可在-120mm?x?120mm,-120mm?y?120mm范圍內(nèi)不同位置處實(shí)現(xiàn)瑞利微粒的操控,在平衡位置處實(shí)現(xiàn)粒子的捕獲。其次,以單點(diǎn)聚焦場(chǎng)為基本場(chǎng),結(jié)合場(chǎng)的線(xiàn)性疊加得到多點(diǎn)聚焦場(chǎng),在激勵(lì)天線(xiàn)附近加載金屬絲實(shí)現(xiàn)聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度的提升。借助優(yōu)化算法,對(duì)多點(diǎn)大梯度微波聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布的均衡性進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)聚焦場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)梯度分布的均衡性。探究多點(diǎn)大梯度微波聚焦場(chǎng)對(duì)多個(gè)瑞利微粒的捕獲,得出電磁鑷可在多個(gè)平衡位置處實(shí)現(xiàn)多個(gè)瑞利微粒的操控。最后,提出中空環(huán)形大梯度聚焦場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)低折射率瑞利微粒的捕獲。闡述產(chǎn)生中空環(huán)形聚焦場(chǎng)的理論依據(jù),利用全向天線(xiàn)初步實(shí)現(xiàn)了中空環(huán)形聚焦場(chǎng)。繼而通過(guò)改變離散時(shí)間反演鏡(Discrete Time Reversal Mirror,D-TRM)陣元類(lèi)型、增加陣元數(shù)目、增大饋入功率等方法實(shí)現(xiàn)了中空環(huán)形聚焦場(chǎng)梯度的提升。探究中空環(huán)形大梯度微波聚焦場(chǎng)對(duì)瑞利微粒的捕獲,得出基于中空環(huán)形聚焦場(chǎng)空心區(qū)域的電磁鑷可捕獲低折射率微粒,基于非空心區(qū)域的電磁鑷可實(shí)現(xiàn)高折射率微粒的捕獲。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O441;TN015

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2699432