A Kind of Magnetron Cavity used in Rubidium Atomic Frequency Standards Yang Shiyu(杨世宇), Cui Jingzhong(崔敬忠), Tu Jianhui(涂建辉), Liang Yaoting(梁耀廷)

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔,其中包括磁控管腔的主要特征和参数计算,测试结果与计算理论吻合较好,所设计的磁控管腔能够满足铷原子频标的设计要求。     

用于铷原子频标的磁控管腔研究

研究了一种应用于铷原子频标的磁控管腔，对用于磁控管腔的主要特征和参数计算进行了研究，主要包括磁控管腔的谐振频率、Q值、微波场模式。研究结果表明磁控管腔的谐振频率可以调谐至6.835GHz，Q值都能够调至600～1000之间，其微波场谐振模式是典型的TE011模式，频率温度系数较小（32.5KHz/℃－35.0 KHz/℃），所设计的磁控管腔能够满足铷原子钟物理部分的设计要求。     

有限元方法计算介质腔谐振频率和品质因子

采用有限元方法计算了二维方形介质腔和二维微盘的谐振频率和品质因子,并给出了两种腔中磁场、电场振幅分布图,介质腔中的谐振问题对应亥姆霍兹波动方程的本征值问题,本征值的实部和虚部与谐振腔Q值关联;比较了近似解析解、FDTD解、FEM解的结果,对于谐振频率比较,FEM和解析解更接近,对于品质因子比较,低Q值结果FDTD和FEM结果相近,高Q值结果两者相差较大。通过比较知道,FEM方法比时域有限差分方法计算更准确,求解速度更快。     

无隔模带磁控管谐振系统的理论分析与仿真

为了提高磁控管稳定性,需要研究各耦合因素对磁控管谐振频率及模式分隔度的影响。该文采用等效电路的方法,给出了无隔模带磁控管在电容、电感耦合下的谐振频率及模式分隔度的表达式,并分析谐振频率随模数的变化趋势及电感、电容耦合强弱对模式分隔度的影响。采用CST-MWS软件对不同阴极半径及顶盖高度的谐振系统的谐振频率进行仿真,并将仿真结果与理论结果进行对比。理论分析与计算机仿真表明,对于无隔模带磁控管谐振系统,电容耦合使谐振频率随模数的增大而增大,电感耦合使谐振频率随模数的增大而减小;两者分别通过增大和降低模频率从而增大模式分隔度,两者共同作用时模谱图取决于占主导地位的耦合因素。     

W 波段回旋管谐振腔特性参数测量方法的研究*

W 波段回旋振荡管是一种重要的高功率毫米波源,它通常采用圆柱开放式谐振腔作为其高频结构。 谐振腔所具有的特性参数,如谐振频率和品质因数影响了整管的性能。在W 波段,特性参数对于尺寸的变化特别敏 感,因此,有必要对加工好的开放式谐振腔的特性参数进行测量。利用直接耦合法实现了对5 组开放式谐振腔谐振 频率和品质因数的无损检测,实验结果验证了该方法的可行性与有效性。同时,分析了加工误差对谐振腔性能造成 的影响,结果表明,当开放式谐振腔渐变角度的加工误差达到7%以上时,谐振频率将偏移0.2GHz。     

激光冷却铷原子喷泉钟的微波谐振腔设计

对自行研制的激光冷却铷原子喷泉钟的微波谐振腔进行了分析和设计,确定了需要的微波谐振腔基本参数。对影响微波谐振腔共振频率的因素进行了分析和研究,得到了共振频率随环境因素的变化规律。这些对调节微波腔共振频率和提高原子钟的准确度有重要意义。还对研制的微波谐振腔进行了测试,结果表明微波谐振腔的性能满足激光冷却铷原子喷泉钟的要求。由测试结果进一步估算了微波谐振腔引起的横向腔相移。     

耦合腔行波管中的切断匹配负载的设计和测量

介质谐振损耗腔用作耦合腔行波管切断处匹配负载，国内外已进入实用阶段，本文就此进行讨论，并给出了该介质腔谐振频率，介电常数，品质因素和损耗角的计算及测量方法，在研制一只Ｃ波段５０ｋＷ耦合的腔行波管中，理论与实则吻合，表明了本文理论分析和测量方法的有效性和可行性。     

LD侧面抽运全固态Nd:YAG紫外激光器的研究

为了使侧面抽运全固态355nm紫外激光器输出高质量光束的紫外激光,采用腔内光束传输矩阵模拟的方法,进行了谐振腔优化和腔内倍频和频结构设计。通过理论分析和实验验证,取得了输入电功率为280W、声光调制频率为40kHz时,355nm紫外激光的输出功率为10.58W、激光脉冲宽度20ns、光束质量因子M2=1.3的数据。结果表明,侧面抽运腔内倍频与和频可实现近基模高功率紫外激光的输出。这一结果对紫外激光器的工程化有一定指导意义。     

应用ANSYS对同轴磁控管频率稳定度的优化设计

同轴磁控管的频率稳定度越来越受到雷达整机的重视,影响同轴磁控管频率稳定度的因素有多方面的原因,频率热漂移是其中最主要的原因之一。同轴磁控管频率热漂移主要是由其同轴腔决定。本文应用ANSYS对同轴磁控管频率热漂移进行模拟分析,对不同环境温度下同轴谐振腔的电磁场、热场以及结构应力进行了模拟仿真分析。根据分析结果选择和优化结构零部件材料,在模拟仿真达到设计参数要求的基础上进行装管验证,能够缩短产品研制开发时间,减小同轴磁控管的频率温度系数,提升工作频率稳定性。     

回旋管高频腔中金属膜片对谐振频率的影响

本文从多点反射的角度给出了高频腔中存在对称金属膜片时谐振频率的计算公式和特性曲线。并从实验上证实了金属膜片对机械加工误差的补偿作用。     

高Q超导谐振腔的实验研究

针对频率标准用超导腔的设计,通过理论分析及CST仿真优化得到了一种高Q纯铌超导谐振腔的设计。所设计超导腔工作模式为TM010模,谐振频率为4.452GHz,Q值在液氦温度4.2K时达到3.4×107,在减压降温到2K左右时达到1.9×109,实验结果与设计结果一致,验证了设计的正确性和实验装置的可行性。     

一种基于共振腔的新型水听器探究

提出了一种基于共振空气腔的高灵敏、低成本水听器。该水听器为密封的中空球形腔体,内部放置麦克风来感知从水耦合进来的声音。通过有限元仿真预测了水听器的频率响应,并证实频响曲线的特征峰依赖于空气腔共振模态、与球壳共振无关,因此,该水听器的频响特性只取决于内部空气腔尺寸。实验结果表明,该水听器的频率响应与仿真结果符合,与传统压电水听器相比其灵敏度有所提高,在共振频率处的接收灵敏度比传统压电水听器高10倍。     

串行谐振滤波器调试中参数的提取理论

介绍一种提取串行耦合滤波器的各个谐振腔的谐振频率和相互谐振腔之间耦合系数的方法.利用终端短路网络的反射系数的相位来综合各个谐振腔的耦合谐振频率和相互谐振腔之间耦合系数.     

基于固定频率激光器的低成本闭环谐振陀螺系统仿真

提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统.该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定.建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15 ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4.与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致.该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑.     

基于压电谐振频率的PM2.5监测系统

基于压电谐振频率法采用模块化设计思想,设计了压电谐振式PM2.5监测系统,对系统的采样单元、谐振单元、频率测试与显示单元、控制单元等部件进行设计,并对系统进行集成与性能评价。为实现对PM2.5颗粒物的有效采样,并减小温度等环境因素对压电晶体检测性能的影响,系统采用惯性冲击式分粒原理结合静电沉降的采样方案,以2个相同的石英晶体振荡电路来构建双石英晶体谐振器,建立压电谐振频率与压电晶片质量间的关系,实现根据压电谐振频率的变化来确定PM2.5的质量浓度。系统测试结果表明,PM2.5测试数据与官方公布的数据相近,数据变化趋势一致。该PM2.5监测系统能反映被测区域PM2.5质量浓度的变化情况,满足PM25监测需求。     

Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪研制

Overhauser磁力仪探头中自由基溶液激发频率的精度直接决定探头输出拉莫尔旋进信号的质量.为准确获得激发频率,本文设计了一种Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪.针对目前测试设备存在的分辨率较低、操作复杂等问题,采用高分辨率DDS作为可控射频信号源;运用ADC同步采集技术,结合归一化数据处理方法有效解决50MHz~100MHz范围内幅频特性曲线不平坦的问题;采用射频功放、小信号放大作为辅助测量通道,实现仪器的标准、辅助测量一体化.通过对探头谐振腔的等效电路进行仿真,得到微调电容对探头谐振频率和品质因数的影响程度,并用商用探头进行测试,进一步验证仿真结果;同时得到自由基溶液的极化度与射频激发功率、激发时间的关系.最终实验结果表明,利用本文研制的Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪,能够准确测量自由基溶液的激发频率、频率带宽以及品质因数,还可用于在磁力仪设计过程中对激发功率和激发时间的确定,为进一步设计Overhauser磁力仪奠定了基础.     

Automatic Digital Method for Measuring the Permittivity of Thin Dielectric Films

One of the most promising techniques for measuring the electric permittivity at microwave frequencies of thin dielectric materials of the order of 0.1 to 10 /spl mu/m, is the cavity perturbation method. For thin films of this type, it is necessary to determine accurately and display small changes in the resonant frequency and Q factor of the cavity in the presence of the material sample. A circuit for the simultaneous measurement and digital readout of the resonant frequency and Q factor of microwave cavity is described. For the resonant frequency measurement, a very efficient automatic frequency circuit, with a homodyne modulation-detection bridge and frequency stabilization loop, is applied. Theoretical analysis and experiments results with this circuit show that an accuracy of 5x10/sup -7/can be achieved in the resonant frequency measurement. For measuring the Q factor, two similar circuits are described. The technique is based on measuring the phase shift of the envelope of an amplitude modulated microwave signal when this signal is transmitted through a resonant cavity at resonance. Although an accuracy of 0.5 percent in the Q factor can be achieved, it is shown that the main limiting factor in both circuits is the accuracy of phase shift determination at RF frequencies.     

手持式微机械陀螺扫频测试仪的实现

传统微机械陀螺的扫频测试一般采用价格昂贵的通用测试仪,其存在测试成本高、效率低等缺点。设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的手持扫频测试仪,能够自动进行扫频测试并求取被测微机械陀螺的谐振频率与品质因数,通过手动调节直流偏置电压大小的方式进行直流扫频测试,在自身的显示屏上绘制相关特性曲线。采用直接数字合成技术产生交流驱动信号,利用最小二乘拟合算法快速定位谐振频率点的大致位置,可以缩短测试时间、提高测试效率。应用测试表明,手持式微机械陀螺扫频测试仪能够快速、准确地完成微机械陀螺扫频测试,测试结果与传统测试方式吻合很好。     

RLC串联谐振电路的实验研究

从RLC串联谐振电路的方程分析出发,推导了电路在谐振状态下的谐振频率、通频带、品质因数和输入阻抗,并且基于Multisim 10仿真软件创建RLC串联谐振电路,利用其虚拟仪表和仿真分析,分别用测量及仿真分析的方法验证它的理论根据。其结果表明了仿真与理论分析的一致性,为仿真分析在电子电路设计中的运用提供了一种可行的研究方法。     

微波化学谐振腔的模式抑制研究

对一种微波化学反应腔及其中的圆柱腔如何实现单模谐振和调谐进行了研究,得到了不会因为置入材料的不同而产生失配的新型系统结构。在腔体和系统设计中,谐振腔由谐振腔主体、谐振腔上盖和谐振腔下盖组成,谐振腔下盖通过电机升降实现上下移动,由此改变腔体的谐振频率,实现了2.2~2.6 GHz 的调谐范围。利用标量函数法分析扇形腔的场结构,根据目标模式的分布特点提出了多种干扰模式净化技术,最后得到了频率范围为2.2~2.6 GHz 的单模谐振腔。