Experimental and numerical studies on the receiving gain enhancement modulated by a sub-wavelength plasma layer

A novel technique based on sub-wavelength plasma structure effects on enhancement of RF communication signals on a receiving antenna is carried out in this paper in laboratory experiments and analyzed by corresponding numerical simulations. Considerable intensification on receiving signal gain up to～10 dB in comparison with that without the plasma modulation is observed experimentally in～1 GHz RF band, with an effective enhancement bandwidth of～340 MHz and the fractional bandwidth of～34％. Then, the optimal modulation parameters of plasma are further studied by a numerical simulation. It is shown that the number density, the layer thickness, and the collision frequency of the plasma, as well as the relative distance between the plasma layer and antenna synergistically affect the modulation. Compared to the metallic antenna with the same overall dimension, the modulated antenna covered by the subwavelength plasma structure features higher receiving efficiency and lower radar cross section in the studied RF band. The mechanism of the reception enhancement is further revealed by analyzing characteristics of electromagnetic scattering and electric field distribution in the subwavelength plasma layer. The results then exhibit scientific significance and application potential of sub-wavelength plasma modulation on compact receiving antennas with higher performance and better feature of radar stealth.     

径向电场中带电粒子束的质量分离

带电粒子束已广泛应用于科学、工程和国民经济的诸多领域,而质量色散及分离是电磁质量分离器和谱仪等领域中的关键科学问题。本文推导离子束流在径向电场中的运动轨迹解析表达式,应用MATLAB模拟特征质量离子的聚焦轨迹。从轨迹图中可看出,不同质量离子在径向电场中按质量聚焦,具有明显的分离效果。本文的研究结果为等离子体光学质量分离装置的研制奠定了理论基础,同时对于特殊位形电磁场控制带电粒子束等相关领域的研究具有一定的借鉴意义。     

偶极源辐射超材料表面波的存在条件及特性

为了更好地利用超材料,需要研究半空间模型中超材料的表面波．利用电磁波反射场的索末菲积分,应用复变函数积分的鞍点法,研究下层介质分别为等离子体、负磁性介质和左手材料时,在竖直电偶极子与磁偶极子的反射场中所含表面波的成分构成与电磁特性．确定了各表面波模式发在的条件,给出了侧面波或吸附表面波模式与入射电磁波的类型、下层介质的等效介电常数等的关系．     

大气压介质阻挡放电双频调制技术数值模拟研究

双频增强与调制技术为大气压介质阻挡放电提供了更多控制与优化关键等离子体参数的手段,特别是为其电子密度、气体温度独立调控提供了可能,是一种正处于探索发展中的创新技术。本文利用一维自洽流体模型并耦合半动力学方法,研究了双频增强与调制下的等离子体放电特性以及不同匹配方式对等离子体重要参数的影响规律,从耦合增益角度归纳了施加双频功率源频率选择的基本原则,通过考察电子、离子密度、电场以及电子碰撞激发的空间演化,分析了大气压介质阻挡放电双频调控机制,为充分了解并揭示双频调制机理,发挥这一新型等离子体源的优势奠定了理论基础。     

具有高动态性能和锁相精确度的改进PLL设计

为提高锁相环(phase-locked loop,PLL)的动态性能和锁相精确度,提出一种基于dq变换的改进锁相环,其通过平均值环节而不是延时信号消除(delayed signal cancellation,DSC)或低通滤波器(low pass filter,LPF)预先将负序与谐波分离出去,大幅缩短了暂态响应时间,同时亦消除了系统电压不平衡或畸变对锁相精确度的影响。详述了该PLL的工作原理;给出了关于负序与谐波分离方法的讨论;推导了控制环的线性化模型及其PI参数的整定方法。仿真与实验结果表明,由于采用平均值环节和不存在传统软件锁相环(soft ware phase-locked loop,SPLL)具有的耦合关系,该PLL可快速而准确地锁定系统电压中正序基波分量的相位,具有高动态性能和锁相精确度,适用于动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)或统一电能质量控制器(unified power quality controller,UPQC)等对电压变化敏感的柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)。     

模块化多电平换流器的电容电压平衡方法

为解决模块化多电平换流器(MMC)在采用载波移相调制时的电容电压平衡问题,提出一种基于载波交换的平衡方法。该方法位于调制层,不改变子模块的调制波,既不影响输出电压波形,也不会产生额外的开关损耗。首先详述了MMC的拓扑结构、工作原理以及调制方式;分析了开关状态交换时可能会出现的4种情况,分别是存在上升沿时桥臂电流大于0或小于0和存在下降沿时桥臂电流大于0或小于0;给出了具体的电容电压平衡方法及流程图。实验结果表明,所提方法可快速有效地将桥臂的电容电压集中在参考值附近,且各路电压之间无大幅波动,具有很好的平衡效果。     

矢量波函数系的完备关系式

利用δ－函数按标量波函数系的正交完备展开式直接推导出δ－函数按矢量波函数系的正交完备展开式。由此说明数字矢量函数空间可以通过它在矢量波函数系上的射影分解为三个不相交的子空间。     

计算索末菲尔德型积分的新方法——球面波级数展开法

利用广义阻抗边界条件模拟和简化地球表面对电磁场的影响。应用圆柱波函数的球面波展开表达式,地平面上方水平电偶极子电磁场中的索末菲尔德型积分可表达成快速、绝对收敛的球面波展开式,利用积分路径的变换和超几何函数理论,展开式中的展开系数可表达成以大地表面复阻抗为宗量的第二类勒让德函数。该展开式数学物理意义明显,并且十分便于数值计算,该文给出的方法是求解下索末菲尔德半空间问题的精确、有效解析方法。     

改进FGA优化设计T型微带线地平面结构

提出了一种新型模糊遗传算法(FGA)用于优化地参考面光子带隙(photonic bandgap,PBG)结构,降低高速电路中T型微带线串扰.该方法通过模糊控制器自适应调整遗传算子参数(杂交率和变异率),提高收敛速度并保证全局搜索能力.基于PML-FDTD法,适应度函数由串扰、反射损耗等各性能指标的加权构建,以此优化了PBG结构地参考面上T型微带线的串扰.对选用不同权系数的适应度函数进行仿真对比,其数值结果表明,采用该方法PBG参考面上的T型微带线对邻近线的串扰减小了8 dB,并且明显地降低了反射损耗和信号失真.