螺旋线慢波结构散热性能的理论研究

建立了二维研究模型和一维近似模型,通过不同的方法对螺旋线慢波结构进行理论热分析。得到慢波结构中螺旋线、夹持杆和管壳温度差的表达式。对特定的结构进行热分析,比较了各种方法得到结果的一致性。该项理论研究对改善螺旋线行波管散热性能具有重要的意义。     

螺旋线行波管慢波结构热特性计算专用软件开发

针对行波管慢波结构热分析的必要性,介绍了螺旋线慢波结构的热产生机理,结合ANSYS软件设计了可对不同翼片加载和不同形状夹持杆的螺旋线慢波结构进行热特性分析的专用仿真环境。利用该仿真环境,用户可以在不掌握ANSYS软件的情况下对螺旋线行波管慢波结构的热特性进行模拟计算。     

V波段三种螺旋线类慢波结构高频特性

本文对工作于V波段的三种螺旋线类慢波结构进行了参数设计,在同等参数条件下,分析对比了圆螺旋线,半方环螺旋线以及半矩形环螺旋线的高频特性。结果发现,圆螺旋线在三种慢波结构中的色散最平坦,但是耦合阻抗最小。半方环螺旋线和半矩形环螺旋线的相速度较接近,同时具有比圆螺旋线慢波结构更大的互作用阻抗。     

电子器件

0309376翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型[刊]/张勇//强激光与粒子束.—2002,14(6).—887～891(K)翼片加载螺旋线慢波结构广泛应用于大功率、宽频带行波管中,建立了翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型,得到了实用的色散方程、耦合阻抗和衰减常数的表达式。利用导出的方程对实际行波管螺旋慢波结构进行计算,井与测量结果和导电面模型进行了比较,计算结果与测量结果具有良好的一致性。分析了不同管壳半径对色散特性的影响。参8     

螺旋线镀膜对慢波组件散热性能影响的研究

该文研究了镀膜螺旋线的使用对慢波组件散热性能的影响。估算了采用镀膜螺旋线后,组件散热能力的改善情况。利用ANSYS软件进行了计算机模拟热分析,分析了螺旋线采用镀铜膜,镀金膜,镀金刚石膜对慢波组件散热性能的影响。最后,对镀铜和镀金螺旋线的慢波组件进行了实验研究。实验结果与理论分析非常一致。     

毫米波螺旋线行波管慢波系统高频损耗

基于夹持杆分层螺旋带模型和三维电磁场分析研究了毫米波螺旋线行波管慢波系统的导体和介质损耗。螺旋带模型中介质损耗考虑为纵向传播常数的虚部,给出螺旋带中电磁场的解析解,导体损耗由螺旋线和管壳表面的面电流不连续性获得。三维电磁场分析通过本征模法,求解单周期结构的品质因数和周期储能获得有限导电率导体和夹持杆陶瓷损耗角带来的慢波系统高频损耗。结果表明,毫米波段螺旋线的导体损耗和夹持杆的介质损耗远大于管壳导体损耗,介质损耗与陶瓷损耗角呈线性关系,对高频损耗的影响不可忽略。     

翼片加载螺旋线慢波结构的特性

本文根据实际的翼片加载螺旋线慢波结构提出了一种理论分析模型,即螺旋线与金属管壳之间的空间全部由介质所填充,沿管壳内壁布满无穷多个、无限薄的翼片。利用电磁场分区匹配方法求解了空间电磁场分布,从而导出了色散方程、耦合阻抗和衰减常数的计算公式。本文还对任意形状截面为S的电磁波传输系统作了讨论,引出了储能相等的原则。它可将任意形状的杆等效成楔形杆,并利用ε_(e∫f)-1=a(ε_r-1)公式求出ε_(e∫f)。这种介质处理方法,由于无任何附加条件,对任意形状、任意特性的介质杆所支撑的慢波结构均可适用。实测数据与计算结果相一致。     

平面型慢波结构色散特性和耦合阻抗的测量

Ⅰ、引言慢波结构是行波管和返波管不可缺少的部件。管子功率的高低、频带的宽窄均与慢波结构有密切的关系。例如早期的小功率行波管多采用螺旋线慢波结构,但随着功率的不断提高,螺旋线的热耗散能力已显得不够,因此,一般中功率行波管多采用环杆结构。到更高功率电平,环杆结构也不能满足要求了,而必须采用耦合腔链式的慢波结构。所有这些慢波结构都     

一种带散热片的螺旋线慢波结构的热模拟与分析

为了解决慢波结构的散热问题,本文从热特性的角度出发设计了两种散热片结构。利用有限元软件ANSYS对带有这两种散热结构的慢波结构的热特性分别进行了模拟和分析,通过比较发现集中散热结构具有较好的散热性能,这为螺旋线行波管的优化设计和合理散热提供了参考。     

一种带散热片的螺旋线慢波结构的热模拟与分析

为了解决慢波结构的散热问题,本文从热特性的角度出发设计了两种散热片结构。利用有限元软件ANSYS对带有这两种散热结构的慢波结构的热特性分别进行了模拟和分析,通过比较发现集中散热结构具有较好的散热性能,这为螺旋线行波管的优化设计和合理散热提供了参考。     

Thermal issues in microsystems packaging

Miniaturization of electronic/mechanical systems is achieved by packing different functional components into tight space. The heat transfer analysis for such systems has to deal with geometrically complex heat transfer paths, and it needs to be done quickly in response to every design alteration. This paper proposes a concept that aims at reduction of analysis load on the packaging designer. The proposed scheme is composed of two major steps. First, a computer program "configuration generator" is used to generate possible geometric configurations of heat transfer paths in a systematic manner. Second, temperature solutions for these configurations are compressed into "fast estimate" formulas that free the packaging designer from the need to perform involved heat transfer analysis. This approach is illustrated using a topic of heat spreading on the planar substrate as an example. Miniaturization of systems also raises another issue for the thermal design; that is the coupling between the system configuration and the overall heat dissipation to the environment. A model situation is considered where heat diffuses from a zone on the system shell and to the environment by natural convection and radiation. In the parametric domain spanned by the thermal conductivity of shell material and the system's characteristic length there is a zone where the system-level heat transfer is sensitive to the system's configuration. Such characteristic length is around 1 cm for systems encapsulated in plastics, 3-10 cm for those in ceramic and alloy shells, and 10-40 cm in copper or aluminum clad systems.     

薄片激光器低畸变冷却技术研究

薄片激光器的导热距离短,能显著降低热透镜效应,已经成为高功率固体激光研究的热点。然而,随着泵浦口径和泵浦功率的不断增大,热效应愈发严重,其造成的热致畸变成为限制激光器出光功率和光束质量的主要因素之一。针对大尺寸薄片激光器工作时热致畸变过大的情况,提出了基于非均匀冷却的微通道复合射流冲击的流道设计思路。基于该思路完成了中心辐射结构冷却器的设计,并借助流-固-热耦合仿真,研究了不同冷却器的流道结构参数对增益介质热致畸变的影响。实验结果表明,采用中心辐射结构的冷却器能将相同条件下的增益介质的光学畸变缩小50%。     

考虑螺带厚度的纵向导体加载螺旋慢波特性分析

考虑非翼片区角向高次模式以及螺带厚度,运用场匹配方法参考脊加载环板慢波结构的边界条件推导得到翼片加载螺旋慢波结构的色散特性方程;并运用MAFIA软件对该结构进行模拟计算,将理论结果与模拟计算进行比较,其误差范围基本满足设计精度的要求,并讨论了不同翼片结构参数对色散特性的影响,为各种类型的翼片加载螺旋慢波特性的计算提供了一种参考方法。     

侧边抛磨光纤聚合物热光复合波导的稳态温场分析

根据热传导理论,建立了用聚合物热光材料包裹侧边抛磨光纤并在其中埋入电极的热学模型,利用有限元方法对该模型的热场分布进行了数值计算与分析。在器件结构的三维模型中,考查了沿光纤传输的z方向以及光纤截面内的x,y方向,从这三个方向分析和比较了电极单条直放结构与电极螺绕排布结构时热光材料的温度场分布情况。本工作确定了用聚合物热光材料和侧边抛磨光纤来制作新型无源器件时,实现较优温度场分布的合适的电极排布结构方式。     

脊加载椭圆波导传输特性的矢量有限元法分析

采用矢量有限元法对脊加载椭圆波导的传输特性进行了分析,编程计算了圆形脊、梯形脊和三角形脊分别加载在椭圆短轴和长轴上波导的截止频率.结果表明:脊加栽在椭圆长轴上,大大减小了单模带宽,因此这种结构可作为有效的脊带宽滤波器.     

一种用于薄膜热容测量的微热量计的设计与制作

目前已发现并证实薄膜的热导率和热扩散率存在着尺寸效应。本文为了研究薄膜的另一个热学性质比热是否也具有尺寸效应 ,提出了一种用于薄膜热容测量的新方法 ,其相应的实验器件为一悬膜结构。从理论上阐述了其测量原理 ,结合ANSYS热学模拟设计并利用微机械加工技术制作出SiO2 悬膜结构 ,悬膜由两个悬臂支撑 ,在悬膜上制作了Pt薄膜电阻同时用于加热和测温。这种结构加快了样品、悬膜和加热 /测温电阻之间的热传递 ,减小了悬膜的热损失 ,提高了测量精度。     

金属球壳在激光辐照下热效应的数值计算

利用有限元法对金属球壳在恒定功率密度激光辐照下的热效应进行了数值计算,分析了在激光辐照过程中,金属球壳内外壁的温升、温差的变化规律,并主要以铜、铝材料为例,比较了铜、铝球壳在激光辐照下的温度变化和外壁温度响应情况.数值计算结果表明,激光辐照期间,在经过热响应的过渡过程后,金属球壳内、外壁的升温率几乎为常量,内外壁温差基本保持恒定值;对于壁厚在0.004～0.02 m范围内的铜、铝球壳,激光辐照停止后,内外壁热平衡过程在几十ms到1s的时间内结束.     

在稀薄气流中用红外热图测量中低量值热流

在分析高高空热流测量需求基础上,针对高超声速飞行器稀薄气流地面试验热流量值小等特点,从满足模型壁面定常热流假设和一维半无限大假设条件、减小试验模型侧向导热误差和控制试验模型表面温升等方面分析了试验模型加热时间对热流测量的影响。其次选择较低热扩散系数模型绝热材料、采用瞬变平面热源法提高试验模型材料热物性参数标定精度、采用漫反射补偿等提高发射率测量精度等手段,提高中低量值热流测量精度。最后,在利用薄壁量热法获得模型表面热流时,测量MW/m2量级热流是把热电偶焊接在试验模型内壁面,而用红外热图及测量几kW/m2到几百kW/m2量级热流是测量模型外壁面热流,为了对这三者结果进行比较,在马赫数 Ma 为 12、试验总压 P₀ 为4.2 MPa、试验总温 T₀ 为700 K的试验状态下,用热电偶与红外热图同时测量了双锥薄壁模型不同点的热流,结果表明:红外测热结果与热电偶测量外壁面结果更接近,热电偶布置在外壁面位置所获得的热流大于布置在内壁面位置所获得的热流,模型加热时间对不同量值热流测量的影响是不同的。     

Thermal Investigation of GaN-Based Laser Diode Package

We investigated thermal behavior of GaN-based laser diode (LD) packages as a function of cooling systems, die attaching materials, chip loading conditions, and optical performances. The electrical thermal transient technique was employed for the thermal measurement of junction temperature and thermal resistance of LD packages. The results demonstrate that the total thermal resistance of LD packages is controlled mainly by the packaging design rather than the chip structure itself. Significant changes in thermal resistance with input current were observed under a natural cooling system because of the sensitive change in the heat transfer coefficient with the change in temperature. Employment of PbSn as a die attachment was more advantageous over the Ag-paste in the thermal behavior of LD packages. The LD package with epi-down structure resulted in the lower thermal resistance compared to one with epi-up structure. A continuous increase in junction temperature was measured after lasing. It was attributed to an increase in the thermal resistance of LD when it took the optical power into an account. Effective input power was decreased by the lasing and led to high thermal resistance values.     

大功率CO2激光器输出窗口热性能分析

为了研究大功率CO2激光发射过程中输出窗口吸收激光能量产生热性能变化的问题,建立了输出窗口传热学和结构力学耦合非稳态模型,通过对模型进行有限元分析得到表征输出窗口变化的温度、热变形和热应力等参数分布。首先,针对大功率CO2激光特点,讨论了输出窗口材料GaAs和ZnSe的物理特性。然后,基于10 kW级大功率CO2激光器光学谐振腔结构和输出窗口材料物理特性,建立了输出窗口传热学和结构力学的有限元模型。最后,利用COMSOL软件对该模型进行求解,得到以GaAs和ZnSe为材料的输出窗口的温度、热变形和热应力等参数分布,并对比分析不同窗口材料对参数的影响。研究表明:在10 kW级激光作用下,ZnSe窗口温升小于GaAs窗口;两种输出窗口产生m量级热变形;由于GaAs材料的热导率高,GaAs窗口的热变形和热应力分布更为均匀。