【摘要】：電磁波具備能量與動量,電磁鑷利用微波聚焦場與物質(zhì)之間的動量轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)對物質(zhì)的捕獲,一方面可突破光鑷對周邊環(huán)境物質(zhì)的透光性要求;另一方面也可豐富和推進微波領(lǐng)域的發(fā)展,有望實現(xiàn)一種普適性、簡便性、經(jīng)濟性的電磁捕獲和操控工具。時間反演(Time Reversal,TR)的空時聚焦特性應(yīng)用在場控制領(lǐng)域中可以克服微波的衍射和能量發(fā)散,實現(xiàn)微波頻段的空間聚焦場,為電磁鑷的實現(xiàn)提供技術(shù)手段。本文基于TR技術(shù),以實現(xiàn)電磁鑷捕獲單個、多個高折射率瑞利微粒以及低折射率瑞利微粒為目的,對如何提升單點、多點聚焦場場強梯度以及如何實現(xiàn)中空環(huán)形大梯度微波聚焦場進行了深入研究。首先,基于時間反演場的表達式,通過理論推導和數(shù)據(jù)分析,得到提升聚焦場場強梯度的兩大關(guān)鍵因素。在TR技術(shù)實現(xiàn)單點聚焦場的基礎(chǔ)之上,探究金屬絲排布方式對聚焦場場強梯度的兩大因素的影響,最終選定了2種可提升聚焦場場強梯度的排布方式,并在激勵天線處實現(xiàn)了兩種大梯度聚焦場,研究聚焦天線位置的改變對大梯度微波聚焦場的影響。研究大梯度微波聚焦場對單個高折射率微粒的捕獲,驗證基于大梯度微波聚焦場的電磁鑷可在-120mm?x?120mm,-120mm?y?120mm范圍內(nèi)不同位置處實現(xiàn)瑞利微粒的操控,在平衡位置處實現(xiàn)粒子的捕獲。其次,以單點聚焦場為基本場,結(jié)合場的線性疊加得到多點聚焦場,在激勵天線附近加載金屬絲實現(xiàn)聚焦場場強梯度的提升。借助優(yōu)化算法,對多點大梯度微波聚焦場場強分布的均衡性進行優(yōu)化,實現(xiàn)了多點聚焦場場強梯度分布的均衡性。探究多點大梯度微波聚焦場對多個瑞利微粒的捕獲,得出電磁鑷可在多個平衡位置處實現(xiàn)多個瑞利微粒的操控。最后,提出中空環(huán)形大梯度聚焦場的實現(xiàn)方法,實現(xiàn)對低折射率瑞利微粒的捕獲。闡述產(chǎn)生中空環(huán)形聚焦場的理論依據(jù),利用全向天線初步實現(xiàn)了中空環(huán)形聚焦場。繼而通過改變離散時間反演鏡(Discrete Time Reversal Mirror,D-TRM)陣元類型、增加陣元數(shù)目、增大饋入功率等方法實現(xiàn)了中空環(huán)形聚焦場梯度的提升。探究中空環(huán)形大梯度微波聚焦場對瑞利微粒的捕獲,得出基于中空環(huán)形聚焦場空心區(qū)域的電磁鑷可捕獲低折射率微粒,基于非空心區(qū)域的電磁鑷可實現(xiàn)高折射率微粒的捕獲。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441;TN015

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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相關(guān)博士學位論文 前1條

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相關(guān)碩士學位論文 前2條

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本文編號：2699432