[发明专利]一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法

摘要

本发明涉及太阳能收集领域，具体涉及一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法。一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法，包括以下步骤(1)初始化银螺旋纳米天线的尺寸；(2)基于时域有限差分法建立仿真模型，获得天线的辐射效率为ηrad；(3)计算银螺旋纳米天线在整个工作波长400～1600nm的总吸收效率ηtot，用来评估设计的螺旋纳米天线结构；(4)对于不同尺寸的螺旋天线，以总吸收效率ηtot表征选择最终的天线尺寸，确定最优的天线结构。

主权项

一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化银螺旋纳米天线的尺寸银螺旋纳米天线的初始参数为：天线臂为1环，天线的馈电间隙g＝20nm，天线臂高度H＝40nm，天线臂宽度W＝40nm，基底介质的表面尺寸为500nn×500nm，基底介质厚度D＝0；(2)基于时域有限差分法建立仿真模型，获得天线的辐射效率为ηrad，ηrad的表达式如下：ηrad=PradPin=PradPrad+Ploss---(1)]]>其中：Prad是天线辐射到远场的功率；Pin是天线端口输入的能量；Ploss表示银螺旋纳米天线本身消耗的能量；(3)计算银螺旋纳米天线在整个工作波长400～1600nm的总吸收效率ηtot，用来评估设计的螺旋纳米天线结构，ηtot的计算公式为ηtot=∫λminλmaxP(λ,T)×ηrad(λ)dλ∫λminλmaxP(λ,T)dλ---(2)]]>其中，λ是电磁波的波长，ηrad(λ)是银螺旋纳米天线的辐射效率，P(λ,T)是普朗克的黑体辐射，其表达式如下P(λ,T)=2πhc2λ5×1ehc/λkT-1---(3)]]>其中：T是进行太阳能量收集时，太阳表面的的绝对温度，其值为5780K，h是普朗克常数，c真空中的光速，k是玻尔兹曼常数，λ表示电磁波的波长；(4)对于不同尺寸的螺旋天线，以总吸收效率ηtot表征选择最终的天线尺寸，确定最优的天线结构每次确定一个可变参数，天线参数扫描范围为：天线臂的环数范围为1～3，天线臂宽度范围为20～60nm，天线臂取值步长为10nm，天线臂的高度范围为30～70nm，天线臂高度的取值步长为10nm，基底介质厚度范围为0～5000nm，0nm代表没有介质的情况，重复步骤(2)～(3)，从中选出总吸收效率最高的天线结构作为最优的天线尺寸。