Chodorow型耦合腔慢波结构色散特性和耦合阻抗理论分析

本文建立了Chodorow型耦合腔慢波结构的解析模型, 利用并矢格林函数结合矩量法求解了场匹配方程, 给出了色散方程和耦合阻抗的计算式, 并数值计算出一个X波段Chodorow型慢波结构的高频特性. 结果表明, 本文方法的色散特性以及耦合阻抗与仿真软件HFSS计算的结果有很好的一致性, 且计算效率更高, 同时精度远高于等效电路法, 对工程设计有好的参考价值. 关键词： Chodorow型耦合腔慢波结构 色散特性 耦合阻抗 场匹配     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

 根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS，ISFELD3D， CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM₆₁₀及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM₆₁₀模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域，谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM₆₁₀模式的特点，采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM₅₁₀模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM₅₁₀模式，该吸收腔基模TM₀₁₀的谐振频率等于TM₅₁₀的谐振频率。模拟表明：TM₅₁₀模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉，Q值从15 604下降到571。     

Ka波段TE01模回旋速调管输出腔

 利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE₀₁模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响。结果表明：由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz。     

回旋速调管加载损耗介质群聚腔的研究

 用模式场匹配理论建立了散射矩阵,数值模拟并分析了加载损耗介质层对群聚腔Q值、谐振特性以及群聚腔两端漂移段半径的大小对谐振特性的影响。研究表明：加载损耗介质在高频率下使群聚腔主要寄生模式EH₂₁₂和EH₃₁₁得到极大的抑制,对工作模式H₀₁模更有利;衰减常数随损耗层厚度的增加而迅速增加,Q值随介质厚度的增加迅速减小,因此在设计腔体时必须严格控制损耗材料厚度。最后为正在研制的回旋速调管设计了满足要求的低Q群聚腔,该腔冷测实验结果与计算结果基本一致。     

同轴周期慢波结构色散特性的通用数值解法

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意同轴周期慢波结构色散特性的方法,给出了同轴慢波结构TM_0n模的色散方程。基于该方法,编制了Matlab程序,给出了同轴波纹波导和同轴双波纹波导色散特性,以算例形式分析计算了同轴盘荷波导的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件结果进行比较,证明了该数值算法的准确性和可靠性。     

渐变段倾角对渐变复合腔特性影响的分析

 利用模式耦合理论，在考虑多模耦合的情况下，对渐变结构复合腔进行了冷腔分析，计算了H₅₁-H₅₂模式对下，各个模式的耦合及场幅值分布情况，分析了渐变段的倾角对渐变复合腔的Q值及场幅值分布的影响。研究表明：渐变段的倾角对渐变结构复合腔的高频特性有很大的影响，特别是各模式的场分布及Q值，合适地选择渐变角度，能使场幅值放大率比较大，这将有利于提高注-波互作用效率。     

一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

 从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM₀₁₀模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、Q_L值为7.8的低Q_L值双间隙输出腔。     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

耦合腔慢波特性及其注-波互作用的三维软件模拟

 利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟，并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较，发现模拟结果更加接近实验值，色散特性的平均误差在0.02%左右，耦合阻抗的平均误差在5%左右，基本满足设计要求；由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注 波互作用模拟，对其工作机理进行了定性分析。     

强流直线感应加速腔微波特性

 介绍了确定不同加速间隙形状和设计结构的强流直线感应加速腔微波特性的方法,即确定频域中加速腔横向阻抗值的方法,包括数值模拟和实验测试。 横向阻抗测试实验中采用了两种测试方法:一种为同轴线束流模拟法,另一种为对加速腔形状因子的测试。实验中测试了3种不同的腔型,并和数值模拟结果进行了比较。两种横向阻抗的测试方法所得结果都与计算结果基本符合,从测试过程的繁简程度和多次实验结果的重复性来看,对于强流直线感应加速腔来说,形状因子值测试方法优于双芯同轴线束流模拟法。实验测试和数值模拟结果显示,确定直线感应加速腔横向阻抗值,测试实验和数值模拟是相辅相成的,缺一不可。     

利用金属贴片电磁带隙结构在金属波导中创建准横电磁波

为解决准横电磁(TEM)模波导工作带宽较窄的问题,提出采用金属贴片电磁带隙(EBG)结构在金属波导中创建准TEM波.通过理论分析和数值计算,研究金属贴片EBG结构创建准TEM波导对展宽带宽、改善传输特性和增强准TEM波电场分布均匀性的作用.模拟结果表明,在频率14 GHz附近,金属贴片EBG将TE₁₀模成功转换成准TEM模,转换带宽达到1.7 GHz,且在波导横截面83.9%的面积上电场分布均匀性达到84.7%. 关键词： 电磁带隙 金属贴片电磁带隙结构 磁导体 准横电磁模波导     

Numerical Simulation and Analysis of a New Type of Complex Cavity for Gyrotron Applications

A new type of complex cavity structure is used to improve the selectivity of modes in gyrotron resonant cavity with a rational position of inter-cavity wall and the shape of coupling holes between inter- and outer-cavities. The resonant characteristics of the complex cavity operating in TE₀₂₁/TE₀₃₁ mode at Ka frequency band are simulated and analyzed with Ansoft HFSS code, which shows that mode competition can effectively be alleviated with the cavity structure and it may be useful to the formation of clustered-cavity for extending interaction frequency bandwidth.     

应用于WLAN/WiMAX的多频带印刷单极子天线

设计了一种应用于WLAN和WiMAX的多频带印刷单极子天线。该天线制作在以聚四氟乙烯为材料的基板上,天线正面部分具有三个条带结构,背面则添加了带有矩形槽的反射地结构以改进天线的阻抗匹配。利用三维电磁仿真软件(Ansoft HFSS13.0)进行仿真,并将该天线通过SMA连接器连接到矢网仪(Agilent Technologies N5230C10MHz~20GHz)进行测试。实际测试结果与仿真结果基本吻合,符合设计要求,验证了设计的正确性。     

2维光子晶体谐振腔的分析与模拟

 为指导光子晶体谐振腔的设计,运用3维电磁场仿真软件HFSS模拟了2维光子晶体谐振腔,分析了影响2维光子晶体谐振腔的主要特性参数,主要包括所插介质杆的排列结构、介电常数及其半径和间距。研究表明,在其它条件保持不变时,若增大介质杆半径,则同一模式频率没有同一的变化规律;若增大介质杆介电常数,则出现的规则模式减少,并且没有基模出现,同一个模式,频率明显降低;若增大介质杆间距,则计算的频率间隔减小,对其它参数影响不大,只是同一模式的频率略有减小。     

光纤耦合LD输出光场特性研究

根据光纤传输的模式理论,分析了单芯光纤输出端面的光场分布.利用单模光纤测量了纤端光场的强度分布,拟合了光纤输出端面光强分布的近似表达式.根据此数值计算和实验测量了多芯光纤输出端面的强度分布,结果基本吻合.表明光纤出射端面的光强分布应是介于高斯分布和几何分布之间的一种准高斯分布.     

相对论行波管高频系统的数值模拟及实验验证

 分别采用有限元算法软件（HFSS）和有限积分法软件（MAFIA）对相对论行波管盘荷波导慢波结构进行建模，求出了相应的色散曲线。在此基础上设计了可用于相对论行波管的一种宽带和一种窄带的盘荷波导结构。加工了它们的冷测模型，测试曲线和模拟曲线吻合很好，从而验证了这两种软件尽管计算方法不同，但都可以对行波管慢波结构本征值问题进行求解。     

Design and studies on the traveling wave transverse RF deflecting structure

With the development of free electron laser (FEL) and the international linear collider (ILC), the electron bunch length is getting smaller and smaller. The traveling-wave transverse RF deflecting structure is an important part of the RF deflecting method for bunch length measurement and phase space diagnostics.The operation mode in RF deflector is the "TM11-like" mode. Since the TM11-like mode in this structure has a pair of degenerate dipole modes, two additional holes are provided on either side of each iris to stabilize the mode. The simulation and optimization have been done. A prototype has been fabricated and tested. The cold test results have been compared with the simulations of the first three modes.     

Linear theory of a dielectric-loaded rectangular Cerenkov maser with a sheet electron beam

A three-dimensional model of a dielectric-loaded rectangular Cerenkov maser with a sheet electron beam for the beam-wave interaction is proposed.Based on this model,the hybrid-mode dispersion equation is derived with the Borgnis potential function by using the field-matching method.Its approximate solution is obtained under the assumption of a dilute electron beam.By using the Ansoft high frequency structural simulator(HFSS) code,the electromagnetic field distribution in the interaction structure is given.Through numerical calculations,the effects of beam thickness,beam and dielectric-layer gap distance,beam voltage,and current density on the resonant growth rate are analysed in detail.     

TE10矩形波导中填充金属线阵和铁氧体合成的新型左手媒质

在TE₁₀矩形波导中填充金属线阵和铁氧体合成了一种新型的左手媒质结构.分别使用了转移函数矩阵方法以及全波仿真工具Ansoft HFSS对所提出的结构进行了分析.结果表明,在横向磁化铁氧体等效磁导率实部为负的频段范围内,该合成结构呈现左手通带特性并伴随着后向波的传播现象.由于横向磁化铁氧体的等效磁导率为负的频段范围可调,故所提出的结构具有左手通带范围可调的特性. 关键词： 左手媒质 10矩形波导')" href="#">TE₁₀矩形波导 金属线阵 铁氧体