小型氢原子频标蓝宝石微波腔的仿真设计

基于理论计算和Ansoft HFSS软件仿真,设计并优化了氢频标小型蓝宝石微波腔的尺寸.通过计算机编程,分析了TE011模式下谐振频率、Q值随腔尺寸及填充介质(蓝宝石)厚度变化关系并画出曲线,得到了设计优化微波谐振腔的理论依据,这对于氢频标小型化工作具有指导意义.基于理论分析进行仿真优化,得到Q值较高、尺寸更小的微波腔.     

左手材料对介质谐振腔谐振参数的影响

"左手材料"是与传统材料性质相悖的另外一种材料。根据"左手材料"的特殊性质,采用理论计算与模拟仿真相结合的方法,对影响谐振腔谐振参数的因素进行分析,得出了填充介质的材料属性与谐振腔品质因数、谐振频率的关系。结果显示,"左手材料"的填充,会影响谐振腔的品质因数,相较于介电常数,材料磁导率的作用效果更明显;"左手材料"可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率。这相较于传统理论而言有了进一步的进展,为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据。     

球面近似高斯波束等相位面对开放式谐振腔性能的影响

基于高斯波束的标量理论,分析了球面和工作模式等相位面的吻合程度对开放式谐振腔谐振频率、固有品质因数、模式间隔以及谐振曲线等性能参数的影响。借助Ansys HFSS对理论分析进行了模拟验证,同时研制并测试了两个球面和工作模式等相位面吻合程度不一样的平凹腔。实验测试结果和理论分析、仿真模拟均相吻合。研究表明:设计球面和工作模式等相位面吻合得越好,电参数理论值和仿真值间的差值越小,固有品质因数越高,杂模对工作模式的干扰越小,谐振曲线越对称,从而提高复介电常数的测试精度和准确度。所得结论对于开放式谐振腔的设计、加工、装配以及介质测试均具有重要的指导意义。     

双间隙耦合输入腔的计算与仿真研究

根据微波电路及谐振腔电磁场基础理论,建立了双间隙耦合输入腔的等效电路模型,模型考虑了频率偏谐,外观品质因数失配以及电子注电导的影响。推导出间隙电压计算公式和输入端口匹配时腔体外观品质因数与腔体品质因数的关系。分别利用高频软件(HFSS)及粒子模拟软件(MAGIC3D)建立了仿真模型,进行了冷腔及电子注模拟,分析了电子注的电子负载效应对腔体参数的影响。理论计算与仿真与结果一致,证明了等效电路模型的准确性。     

基于机械品质因数的全波压电超声换能器设计

针对全波压电超声换能器常规设计方法存在的尺寸参数较多、计算较复杂等问题,研究了一种利用机械品质因数设计全波压电超声换能器的方法。基于压电超声理论推导了全波压电超声换能器的频率方程,利用电学理论推导了全波压电超声换能器各组成部分的等效电路,利用等效电路求取了在任意等效截面处的等效机械阻抗,进而推导出全波压电超声换能器各部分尺寸参数与其机械品质因数的关系式。利用机械品质因数及频率方程的等高线图,对全波压电超声换能器各部分尺寸进行了设计计算。利用ANSYS对该尺寸全波压电超声换能器的谐振频率进行了仿真分析,结果表明所设计的全波压电超声换能器的谐振频率具有较高的精度,满足工程应用的要求。     

铷原子频标中微波谐振腔加载特性的微扰法分析

本文用微扰法分析了铷原子频标中圆柱形谐振腔内紧贴内壁加载一薄玻璃腔泡后对谐振腔谐振频率产生的影响.通过理论推导得到了由玻璃介质引起的谐振频率偏移的解析式,并对TE011模的谐振频率与玻璃厚度、径向长度的关系进行了数值计算与分析,得到了该种谐振腔的谐振频率随介质厚度和径向长度的不同而发生变化的曲线.结果表明,谐振腔加载玻璃腔泡后的谐振频率较空腔时变小,但随着腔壁厚度增大逐渐减小,而随着径向长度增大谐振频率先减小而后增大.以上结论对于微波谐振腔在原子频标中的设计应用有着一定的指导价值.     

微波烧结硬质合金辊环谐振腔设计及仿真

针对硬质合金辊环的微波烧结工艺,探讨其谐振腔的设计,通过分析腔体尺寸场对微波场分布形态及场强的影响,确定符合辊环外形特征的微波场结构及其谐振腔尺寸;应用电磁有限元仿真分析软件HFSS对腔内场结构进行仿真分析,依据仿真结果对腔体尺寸进行修正。结果表明,改进后的TE311模场圆柱腔,能实现微波烧结内径为100 mm,外径为190 mm,高度小于70 mm硬质合金辊环。     

W波段TE6,2模同轴开放式谐振腔的研究与设计

详细研究了一种用于回旋管冷测的三段式同轴谐振腔模式激励器,该模式激励器利用同轴开放腔的选频选模特性将输入的W波段的波功率转换为TE6,2模式输出。基于缓变截面波导理论,研究了同轴谐振腔激励TE6,2模式的机理;求解了同轴波导中TE模式的特征根和不均匀弦方程并得到腔体谐振频率及Q值;分析了同轴腔内外半径对谐振频率的影响;给出了W波段高纯度TE6,2模谐振腔优化设计的参数;并用电磁仿真软件对其进行仿真计算,结果表明:该谐振腔的TE6,2模式纯度达到99.51%。     

100MeV回旋加速器射频谐振腔体机械设计与制造

文章介绍原子能院100MeV强流质子回旋加速器射频谐振腔体机械设计与制造过程中考虑与解决的主要技术问题及解决方法。腔体共2套,单腔可馈人功率100kW,无氧铜制造,外形大、重景大,尺寸精度及表面质量要求高,国内无研制类似设备经验。两套腔体无载品质因数Q0为9434与9691,与理论值10300很接近。     

用开端微波谐振腔测量低温流体平均密度的研究

本文对用开端微波谐振腔测量低温流体密度,特别对于液氢流体,作了比较全面地研究。改进了测量谐振频率的两种微波系统,建议了计算密度的新方程,最后静态校验了该装置。     

基于波导等效阻抗建模用于钛铁矿微波还原的谐振腔体研究

提出了一种利用等效阻抗的思想来设计微波谐振腔。通过计算传输波导的主模等效阻抗与谐振腔近似等效阻抗匹配来确定谐振腔体的尺寸,从而使多模谐振腔与传输波导具有良好的匹配,微波源能够以最小的反射馈入谐振腔内。以钛铁矿作为加热研究的物料,利用HFSS软件分别对单馈口和多馈口多模腔的反射系数进行了优化仿真,并且给出了腔体内场分布的情况,仿真优化的结果与等效阻抗匹配方法计算值接近,验证了根据波导等效阻抗方法来设计腔体结构的可行性,为设计高温微波冶金多模腔体提供了新的参考依据。     

微波等离子化学气相沉积金刚石膜新型微波谐振腔设计

提出新型微波谐振腔用于化学气相沉积金刚石薄膜,腔体有效体积可以调节,采用环形介质窗口,置于沉积基台的下方,允许产生较大并且温度较高的等离子体。同轴内导体与沉积台相连接,微波从谐振腔底端传输经同轴导体耦合进入腔体。采用有限元的方法优化谐振腔的尺寸,使其能耦合进更大的微波能量,优化后,最大电场区域位于沉积台上方,并且均匀分布,在腔体内其它区域和介质窗口附近电场强度则很小,满足设计要求。采用时域有限差分法模拟了谐振腔在一定微波输入功率下产生等离子体的特性,并对设计的谐振腔进行试验研究,实验观察到的等离子体位置与模拟结果一致。     

开口微波谐振腔选频能力优化设计

为了提高微波气体测量系统的测量精度,针对其主要测量元件开口微波谐振腔选频能力较弱的问题,对谐振腔的耦合孔及通风孔进行优化设计。以建立在9.6 GHz的圆柱谐振腔模型为基础,采用矩形波导从腔的侧壁进行的孔耦合,激发圆柱谐振腔的TE_(011)振荡模式。通过ANSYS Electronics Desktop软件对具有不同耦合孔和通风孔的谐振腔进行仿真,分析了S参数曲线和Smith圆图,得到谐振腔系统的最佳耦合状态。仿真和实验测量结果表明,当所设计的微波谐振腔在耦合孔的半径为1.96 mm,通风孔的内直径为32 mm,通风孔的角度为105°时,具有最佳的选频能力。     

级联双模谐振腔的波导滤波器仿真设计

为满足滤波器的高选择性与结构紧凑性需求,采用矩形腔体结合感性金属柱的双模谐振腔设计实现准椭圆型滤波器响应,通过级联该谐振腔构建了一款四阶带通滤波器。研究表明,感性金属柱微扰双模电场引发低阶模式谐振;双模谐振形成带内双极点与带外传输零点,其中零点由输入输出波导的反对称错位距离独立调控,距离由2mm增大至4mm时,零点频率上移约1.04%,幅值增大约45.38%;当偶数模谐振频率小于奇数模时,零点置于上阻带,且通过级联构建二阶零点阻带抑制效果更佳。该型滤波器结构紧凑且工作表现优良,经简单级联后可推广至更高阶应用。     

基于标准表法的精密数字测温仪校准方法

参考流量与电学计量领域利用标准表对仪器进行校准的方法,提出一种采用高精度的测温电桥与高稳定性的直流电阻箱组合作为标准装置,校准精密数字测温仪的方法.用此方法对精密数字测温仪进行校准并进行测量不确定度分析,结果表明在-195 ～660℃氛围内,温度示值误差的合成标准不确定度为0.5 ～0.7 mK.此方法采用的标准器准确...     

一种新的红外测温仪的测温方法

提出的红外测温仪的测温方法是用一个统一的公式来描述各种物体在不同条件下的热辐射规律(而传统的黑体辐射公式只是特殊情况),根据用户面临的具体测量条件来设置红外测温仪测量参数值的方法,避开辐射率修正困难,使红外测温仪的测温精度可达到0.1%左右.     

单圆柱微波谐振法测量热力学温度的研究

利用氩气的量子力学“从头算”理论和相关实验测量结果,基于圆柱微波谐振法建立了气体折射率热力学温度计实验系统,测量了253~303 K范围内的热力学温度。通过测量圆柱微波谐振腔内4个横磁模式的微波谐振频率,获得了氩气在700 kPa附近的气体折射率,不同微波模式得到的氩气折射率一致性优于1×10^-8,进一步结合氩气的维里状态方程得到热力学温度。热力学温度T和ITS-90国际温标T90差异不确定度为11.6 mK,与国际温度咨询委员会的评估值具有良好的一致性。未来随着氩气理论计算和实验系统压力测量不确定度的深入研究,该方法测定热力学温度的不确定度会进一步改善。     

气体流量装置中介质动态温度测量实验研究

数字测温仪参数选择带来的测温响应时间的不同对温度测量准确度存在重要影响,本文通过静态测温实验对延时量、测量速度等因素量化分析,设计响应特性实验,确定不同类型传感器的响应时间,为气体流量装置中介质的动态温度选择、测温传感器类型及设计数字测温仪参数等提供实验方法。     

微扰和标定技术测量薄膜微波介电常数

提出了一种测量介质薄膜微波段介电常数的方法.该方法基于金属空腔谐振器微扰理论,用已知介电常数的基片作为标样,标定测量系统的有关参数,然后分别测量空腔、基片插入空腔、镀有介质薄膜的基片插入空腔三种情况下的谐振腔谐振频率,计算出镀覆于基片上介质薄膜的微波复介电常数.本文SiO2和MgTiO3-CaTiO3(MCT)介质陶瓷薄膜作了实验测量验证,结果表明该方法具有良好的测量精度(小于6%).     

圆柱微波谐振法测量氩气折射率

氩气等单原子气体的折射率,是检验量子力学从头算理论的重要参数。基于圆柱微波谐振法,精确测量了234～303 K、 0～750 kPa范围内氩气的折射率。测量了圆柱腔内不同压力下4种横磁 (TM) 模式的微波谐振频率,对谐振频率进行非理想因素修正后,结合真空下的微波谐振频率获得氩气的折射率。圆柱腔内微波谐振频率测量不确定度为2×10^-8,4种模式获得的氩气折射率的相对标准偏差小于1×10^-6。通过氩气的折射率计算获得了氩气的第一介电维里系数,与国际上已发表的结果具有良好的一致性。基于建立的实验系统,后续可开展其他气体的折射率测量。