新型反射腔在多频相对论返波振荡器中的粒子模拟研究

设计了两类新型同轴反射腔并成功地应用于多频高功率微波输出.反射腔采用非对称的同轴结构,置于同轴相对论返波振荡器(CRBWO)慢波系统的前端.文中利用2.5维CHIPIC粒子模拟软件进行粒子模拟研究.仿真结果表明,带有两类新型同轴反射腔的双频CRBWO都实现了X波段双频稳定输出,并且其工作的电压和磁场的稳定性要明显好于传统谐振腔双频返波管.采用第二类新型同轴反射腔,在强流电子束电压480 kV,电流7.5kA,磁场2.7T的条件下,得到了稳定的三频、四频输出,其注波转换效率分别为15.3％和13.9％,明显高于其他类型的多频高功率微波器件.     

多注耦合腔慢波结构冷测特性研究

对多注耦合腔慢波结构的色散和耦合阻抗特性参数的计算分析方法进行了讨论,特别是边注耦合阻抗的模拟算法.利用准周期边界条件计算了Ku波段五注耦合腔慢波结构色散特性,直接通过定义式得到了-1次谐波纵向电场分布和5个电子注的耦合阻抗曲线.比较了垂直于电子注传播方向截面上x、y坐标轴上电场Ez的分布,以及各电子注耦合阻抗的差别与变化趋势,分析讨论了多注电子耦合阻抗的特点,对实际多注耦合腔行波管设计有一定指导意义.     

空间环境模拟用ECR等离子体源标准装置研究

研究了以微波ECR等离子体源作为等离子体发生器的空间环境模拟装置。试验以氩气为放电气体,通过分析气压、微波功率、磁场等放电条件对微波ECR等离子体源的耦合作用,并结合COMSOL软件进行仿真验证,实现了等离子体电子密度、电子温度等特征参数的大范围可控调节。在等离子体源放电腔的出口处设计了扩散杯和栅网两种引出结构,使用不同类型和尺寸的Langmuir探针分别测量了两种引出结构下真空腔室内等离子体参数的径向变化,得到了引出结构对等离子体均匀性和稳定性的影响,分析比对了不同Langmuir探针的测试结果,得到一组最优等离子体诊断方式。这些工作对后续等离子体源标准装置研制和校准技术研究具有参考意义。     

等效电路法计算耦合腔慢波结构特性

耦合腔慢波结构的等效电路模型是实际情况的一种近似,冷测计算结果存在一定误差,特别是在整个冷测带宽内精度不能保持一致。为提高计算精度,通过对等效电路参数的分析,引入参数对间隙电容和耦合槽谐振频率计算公式进行了修正。利用修正的模型模拟了10 GHz~16 GHz的单槽和双槽耦合腔慢波结构,分析了修正参数对计算精度的影响,提出了不同修正方案来提高整个冷测带宽内计算精度,与电磁场数值计算结果最大相对误差为1.6%。计算结果表明修正参数可以将工程经验引入设计开发中,有效地提高等效电路模拟精度,对实际工程设计具有指导意义。     

高功率微波源用电子收集极材料:强流高能电子束轰击下的物理效应及对材料性能的要求

高功率微波源用收集极用于接收束波耦合作用后的强流电子束,是影响高功率微波源稳定性和寿命的关键部件。收集极在强流电子束的轰击下会产生二次电子、背散射电子、韧致辐射等物理效应,将引起微波品质的降低。电子束的能量沉积在收集极上会产生显著的温升效应,从而导致收集极效能下降甚至结构失效,同时材料在强流电子束的轰击下会发生蒸发而污染腔室,降低系统绝缘性。在讨论分析强流电子束轰击材料所产生的物理效应机制及其影响因素的基础上,分析了高功率微波源用收集极材料的性能要求。     

一种用于有损耗慢波结构有限元本征分析的混合多波前块ILU-p型多重网格预处理

提出了一种全新的混合多波前块ILU-p型多重网格预处理,用于在行波管有损耗慢波结构的三维有限元本征分析中产生的复数不对称的大型稀疏线性方程组的迭代求解。本文提出并采用了改进的多波前法和超块不完全分解算法,用以提升该预处理的整体性能。这种预处理技术的运用,使得有损耗慢波结构的三维有限元本征分析更加精确、快速。在大量慢波结构的仿真中,采用这种预处理技术的有限元本征分析算法体现出了高效的计算和内存性能,与商业软件HFSS相比具有明显优势,这对于设计出高性能行波管慢波结构具有重要意义。     

毫米波脊加载开放式矩形栅慢波系统的研究

提出了一种新型慢波结构—脊加载开放式矩形栅慢波系统。作为一种全金属慢波结构,脊加载开放式矩形栅适用于高功率宽频带的行波管的互作用慢波结构。利用脊相邻面的阶跃条件以及互作用区和加载区的场匹配条件和单模近似法,推导了该结构的色散方程和耦合阻抗表达式。同时,采用软件模拟验证理论分析的正确性,并分析了结构参数对慢波结构慢波特性的影响。数值计算结果表明:在槽深一定的情况下,加载脊可以非常显著地改善该结构的慢波特性,通过优化开放式矩形栅的脊的宽度和厚度等参数来兼顾色散和输出功率等不同设计要求。本文的脊加载开放式矩形栅慢波结构理论研究可以作为高功率行波管设计的理论基础。     

多间隙耦合腔注波互作用计算分析

根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反映整管的增益频率特性。一维大信号模型能合理地模拟注波互作用的基本物理过程。另外利用电路反馈的理论,分析了多间隙耦合腔的稳定性,并利用奈奎斯特稳定判据给出了耦合腔稳定条件。     

螺旋线行波管慢波组件散热性能的研究进展

螺旋线行波管具有宽频带、高增益和高功率等优点,当今被大量应用于卫星通信系统、电子对抗系统和雷达系统。慢波组件是螺旋线行波管的关键组成部分,它的性能优劣直接决定着整管水平。慢波组件的散热性能不仅是决定行波管平均输出功率的主要因素,也是直接影响行波管工作稳定性与可靠性的重要因素。本文针对螺旋线行波管慢波组件,总结了螺旋线慢波组件散热性能的实验测试方法和理论分析方法,分析了影响散热性能的各种因素和各种改善方法。分析比较了不同材料的螺旋线、管壳和夹持杆,不同结构的夹持杆和管壳,不同组件装配方法对慢波组件散热性能的影响。介绍了将金刚石和纳米材料等新型材料应用于螺旋线慢波组件的研究进展。     

Ka波段滤波器加载三间隙耦合腔输出回路的仿真和测试

扩展相互作用速调管由多个重入式多间隙耦合腔构成,毫米波段高功率微波源的需求推动了Ka波段扩展互作用速调管的研制.本文采用基于微波网络理论的多间隙耦合腔输出回路间隙阻抗冷测方法,对Ka波段滤波器加载三间隙耦合腔输出回路进行冷参数测试,得到该回路的间隙阻抗频率特性曲线与群时延曲线.并将冷测结果与三维电磁场软件仿真结果进行对比,分析了两者产生异同点的原因.从阻抗频率特性的测量结果可观察到该输出回路的相对“冷”带宽达到4.3％,满足设计要求.     

利用慢波结构的小型化铷原子频标

作者等前曾撰文叙述了一种螺旋线微波慢波结构,在气泡式铷原子频标中用它代替传统的微波谐振腔,既可以大大减小泵体体积,又可获得较高的~(87)Rb原子基态0-0跃迁谱线的信噪比。本文将报导利用这种慢波结构的铷原子频标泵体的性能和存在问题,以及用这样的泵体做成的小型化铷原子频标的整机性能。     

Ka波段金属光子带隙慢波结构的特性分析

本文研究了由金属光子带隙结构以及金属膜片构建的Ka波段慢波结构的色散特性、工作模式的电场及耦合阻抗.结果表明,采用PBG缺陷结构的平均半径作为封闭边界代替PBG慢波结构的开放边界,从而由色散方程快速得到色散特性,数值计算的结果与模拟及实验结果基本一致;进一步研究表明,工作模式的电场以及耦合阻抗主要分布在慢波结构表面附近.     

双侧波导同轴线耦合式线形微波等离子体源的研究

本文介绍了一种具有双侧波导同轴线耦合结构的新型微波等离子体源。通过电磁场模拟计算和等离子体发射光谱测量对同轴线耦合反应腔内部结构进行了优化,研究了线形等离子体源腔体结构对等离子体均匀性和长度的影响,并且在杆状样品表面进行了金刚石薄膜的沉积实验。实验结果表明:双侧波导同轴线耦合式新型线形等离子体源可以在引导天线表面产生圆柱状的线形等离子体,其等离子体的均匀性和长度受腔体内部结构的影响,在引导天线外径为4 mm,单侧模式匹配棒伸入量为10 mm的腔体结构下,等离子体的均匀性大于90%。通过对杆状样品表面不同位置处金刚石膜质量和等离子体沉积环境的测量,进一步验证了等离子体的均匀性。此外,线形等离子体的长度受引导天线长度和工作气压影响,这主要与反应腔内电磁场分布以及微波传输衰减有关。     

镀膜组件对螺旋线慢波结构性能的影响

本文利用实验测试和软件仿真的方法,分析研究了镀膜组件的应用对慢波结构的散热性能和高频特性的影响.研究表明:在螺旋线外表面镀膜可以改善慢波结构的散热性能和高频损耗;金属化夹持杆实现焊接装配,可以有效地提高慢波结构的散热性能;在夹持杆的两侧镀膜可以显著地调节慢波结构的高频特性.     

金刚石膜气相沉淀技术中微波等离子体反应腔的数值模拟

采用有限积分法(FIT算法) ,并利用一种简单的等离子体模型模拟了具有轴对称的微波等离子体反应腔中微波场与等离子体的行为。计算出了给定等离子体的空间分布时电场的分布情况 ,以及给定电场的空间分布时等离子体的分布情况 ,从而得到微波———等离子体反应腔中电磁场稳定分布以及等离子体的放电位置。并依据实验中的一些可变参数 ,寻求影响等离子体放电位置的参数 ,为设计化学气相沉淀(CVD)技术沉积大面积金刚石膜微波反应腔提供依据     

填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构吸波性能计算

采用空间回路网法计算得到填充吸波泡沫的碳纤维复合材料格栅结构的电磁散射性能。根据格栅结构的周期性排布特征,采用Floquet 定理分析结构的周期性边界条件,将计算模型简化为一个周期单元进行电磁场分布计算。通过计算结果分析结构在不同频率、不同单元体尺寸下的吸波性能。计算表明：对于含吸波泡沫的复合材料格栅结构,其吸波性能明显好于未填充结构;格栅单元中所填充的泡沫厚度以及泡沫体积分数是影响格栅结构吸波性能的2个主要因素。     

小型腔式微波离子源的等离子体产生及引出特性

研制了一种用石英管制作的小型腔式微波离子源，该腔套在石英管的一端，封装两电极引出系统。该了源利用腔激发起的表面波在石英管内产生等离子体柱。在微波频率为２．４５ＧＨｚ，输入功率为９３．Ｗ时，氮的引出离子流密度可高达９１．７ｍＡ／ｃｍ２＾２。，这种表面波放电等离子体源具有体积小，结构简单，在宽的压强范围内能产生再生性好，工作十分稳定的等离子体柱等特点。     

电感调谐无栅间隙双重入同轴谐振腔TM310模的研究

本文对无栅间隙双重入圆柱型同轴谐振腔的TM310模的场分布进行了研究。对无栅间隙双重入同轴腔中TM310模的场分布进行理论分析,得到最佳注波互作用的漂移管设置方式和高阶模TM310模场分布稳定的同轴腔结构,同时分析了电感调谐膜片影响TM310模场分布均匀性的原因。并利用三维电磁场软件对一个电感调谐同轴腔进行了数值模拟,研究了调谐膜片与外腔壁距离变化时,谐振腔内TM310模场分布的变化规律,得到了调谐膜片离原腔壁越近,场分布越均匀的结论。     

电感调谐无栅间隙双重人同轴谐振腔TM310模的研究

本文对无栅间隙双重入圆柱型同轴谐振腔的TM310模的场分布进行了研究。对无栅间隙双重入同轴腔中TM310模的场分布进行理论分析,得到最佳注波互作用的漂移管设置方式和高阶模TM310模场分布稳定的同轴腔结构,同时分析了电感调谐膜片影响TM310模场分布均匀性的原因。并利用三维电磁场软件对一个电感调谐同轴腔进行了数值模拟,研究了调谐膜片与外腔壁距离变化时,谐振腔内TM310模场分布的变化规律,得到了调谐膜片离原腔壁越近,场分布越均匀的结论。     

基于灰色动态模型的结构随机振动建模与预测

稳定性问题是关系高功率固体激光装置运行效率、可靠性和打靶精度的一项关键问题.由于激励源的多样性及结构的复杂性,只能得到结构的响应信号.通过对实测结构响应信号运用Matlab语言进行时域分析,建立了结构振动灰色系统模型,证明该模型能够对结构在随机激励下的振动趋势进行预测,并且可以为光束漂移控制机构提供预测信号.