[发明专利]一种基于太阳能收集的纳米天线设计方法

权利要求书

1.一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η_rad，η_rad的表达式如下：

ηrad=PradPin=PradPrad+Ploss---(1)]]>

其中：

P_rad是天线辐射到远场的功率；

P_in是天线端口输入的能量；

P_loss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η^tot，用来评估设计的螺旋纳米天线结构，η^tot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，

η^rad(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η^tot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。