電磁場中的近場特性及其工程套用研究

《電磁場中的近場特性及其工程套用研究》是依託電子科技大學,由聶在平擔任醒目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：電磁場中的近場特性及其工程套用研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：聶在平

項目摘要

眾所周知，電磁學和無線技術由於通信與雷達等傳統套用牽引，長期以來一直聚焦於遠場特性的研究。但近年來以無線身份識別和移動支付為代表的近場連結和以生物醫學成像為代表的近場探測等套用的發展，使學術界深切意識到電磁近場理論與技術研究的薄弱和亟待提升的迫切需求。本項目圍繞電磁近場理論和套用中的科學問題和關鍵技術展開創新研究：基於電磁場矢量積分方程，研究電磁近場的精確建模和高效數值求解，並提出近場數值解精度評估的新方法；基於所研發的數值分析程式，研究電磁近場的物理特徵，包括幅度、相位分布和極化特徵，以及近場耦合傳輸和近場散射的一般規律；基於近場典型環境，提出空間受限條件下低頻近場有效激勵和高效耦合傳輸的新方法；針對近場連結的典型需求，研究近場場強分布調控方法，提出確保電磁耦合穩定性和安全性的新途徑；針對近場探測的典型需求，提出有效抑制直耦信號以及實現方位向分辨性能的理論原理和設計方法。

結題摘要

本項目針對低頻近場的理論建模和數值方法，低頻近場的輻射、耦合與傳輸，複雜非均勻介質中無線近場能量傳輸，基於近場輻射與耦合的天線寬頻設計和陣列近場聚焦新技術等方面展開研究。主要理論創新成果包括： 1.提出增強型混合場積分方程、基於新型Loop-Flower基函式的改進型多分辨預條件及疊層多分辨基函式等用於低頻近場數值建模的創新思想，改善了低頻近場數值解的精度、穩定性和疊代收斂特性，並用來建立了與天線罩共形的頻率選擇表面的高效數值模型等。 2.提出了複雜非均勻介質中基於單根金屬管線的低頻近場激勵—被導電磁傳播—多中繼器接力的新型傳播模式，以拓展傳輸距離；針對多中繼傳輸須保持較好信噪比這一關鍵挑戰,提出了多中繼器的協同傳輸新理論和新技術，將多中繼傳輸中的多徑干擾變為分集增益,使每一接力區段內的信噪比提升達6dB,為多中繼傳輸的工程實現打下了堅實的技術基礎。 3.提出了對人體內固定或移動式植入器件連續無線充電的自適應電磁聚焦新技術，以提高無線傳能效率。該技術基於電磁互易原理和互動式工作方式，不依賴於給定的人體模型，也不論器件是否有持續的位移，都能夠對複雜的多徑傳播分量實現自適應聚焦，包括環境自適應、空間位置自適應、極化自適應和信道自適應，從而大大提升了無線功率傳輸效率。 4.提出了利用天線臂間近場耦合來拓展雙極化偶極天線的工作頻寬；提出了H面頻掃和E面相掃的低成本聚焦波束快速掃描的天線陣列，它具有近場聚焦和波束掃描功能，可用於微波近場成像；提出了基於耦合貼片的子陣級相控陣結構，用於減少有源通道，以及降低饋電網路複雜度。 項目執行期內，發表（錄用）期刊論文74篇，標註率＞95%。申請國家發明專利9項；培養博士5名，碩士10名；成功舉辦國際性學術會議4次；獲教育部科技進步二等獎一項。此外，還獲得後續技術研發項目資助一項：（國家重點研發計畫—深海專項課題：隨鑽電磁波高速率傳輸技術研究）。