非均匀加速结构腔间耦合系数模拟计算

电子直线加速器的聚束段对于会聚入射电子相位,提高电子直线加速器出射束流性能起着至为关键的作用. 而准确计算聚束段腔间耦合系数又是设计聚束段耦合孔几何结构的关键. 本文利用电磁场计算软件MAFIA的特征值计算模块E模块, 分别计算出单腔频率, 双腔腔链的两个本征频率,从而得到聚束段腔间耦合系数. 采用该方法,可以设计聚束段腔间耦合孔的几何参数. 与实验结果的对照表明, 这是一种非常有效的非均匀加速结构腔间耦合孔设计方法.     

利用场分布计算单腔微波参量

介绍了利用加速管的场分布计算单腔微波参量的一种方法. 在已知耦合腔链各本征模式的谐振频率和电场分布的条件下，可以通过回路方程组求出耦合腔链的单腔频率和腔间耦合系数. 这种方法给加速管设计和调谐带来了很大帮助，在加速腔数目较多或者结构非均匀的条件下尤为有效.     

三维射频加速腔程序包MAFIA的开发和应用

介绍了三维射频加速器计算机辅助设计(CAD)程序包MAFIA的特点、功能及其应用。用CAD的方法实现了射频加速器特别是非轴对称带耦合腔的加速器的三维腔形设计。同时介绍了节省内存、节约机时的模型方法,使得在中小型机器上运行大程序(八万条)成为可能。文章主要对L波段的加速腔进行了数值模拟,并和实验进行了比较,结果符合较好;通过三维数值模拟及图形模拟的方法比较了各种形状谐振腔的性能;计算分析了输入耦合腔及高阶模耦合器对加速腔电磁场分布等参量的影响;提出了加耦合器后谐振频率改变的补偿方法。     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

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。     

耦合腔慢波结构冷测特性的计算方法

 对几种用3维MAFIA仿真软件以及利用其准周期边界条件和后处理模块计算耦合腔行波管慢波结构的色散和耦合阻抗等冷测特性的方法进行了讨论,另外还对两种阻抗＿总阻抗和Pierce耦合阻抗的定义进行了充分讨论。考虑到休斯结构耦合腔行波管的电子是与耦合腔慢波结构的负一次谐波发生作用和耦合阻抗应该是电子注截面上的平均值等,指出总阻抗和Pierce耦合阻抗之间相差一个因子,考虑了这个修正因子之后,其结果将更接近实际情况。用这些方法计算耦合腔行波管的冷测特性,得到了与实验冷测值十分接近的结果。     

X波段盘圈加速结构(DAW)优化设计

介绍了X波段DAW加速结构的优化过程.给出了利用SUPERFISH程序进行腔形优化的数学模型以及利用该模型对X波段DAW结构的优化设计结果.给出了利用MAFIA400程序对加支撑杆的DAW结构进行优化设计的结果,讨论了支撑杆对DAW结构微波特性的影响.同时,对DAW加速结构有无支撑杆的色散曲线分别进行了计算,对Washer支撑杆对DAW加速结构色散特性的影响进行了讨论.     

微波电子枪外回路耦合度计算与实验研究

在热阴极微波电子枪的研制中, 为设计微波腔链与波导的耦合孔, 应用Derun Li等提出的``能量方法'进行模拟计算. 使用MAFIA计算微波电子枪第3腔与外回路馈电波导之间的耦合度, 从而设计连接波导与腔链的耦合孔, 使两者之间的耦合度满足需要. 该方法的计算结果与实验测量值的差别在10%—30%之间,满足 实际加工要求. 说明其对于驻波加速腔链与外回路耦合的设计计算是相当有效的.     

SSC高频腔数值模拟及分析

SSC加速电压的提高对于HIRFL整体运行水平的提高具有重要的意义.利用三维电磁场计算程序MAFIA对SSC高频腔体作了更为细致的分析,重新计算了腔体的主要参数,结合运行中的实际结果,对电压提高的可行性进行了初步分析;由于在大功率运行状态下,少量的功率损失都可能影响腔–机系统的稳定性,所以同时利用MAFIA计算得到的结果,对功率耦合系统重新做了分析,得到了功率反射的理论极值及改进方案.     

螺旋慢波电路高频特性的三维计算模拟

 使用MAFIA软件对螺旋慢波线高频特性进行计算模拟，避免解析理论中的假设处理，提高了计算精度，与实验测试值相比色散特性的平均模拟误差为1%左右，耦合阻抗的平均误差为0.2%左右；并对不同建模方法下的不同模拟方法在计算时间和精度上作了比较，证明了准周期边界条件的模拟方法是一种在实际工程应用上同时满足精度与效率要求的模拟方法。     

Acoustic scattering by a modified Werner method

A modified integral Werner method is used to calculate pressure scattered by an axisymmetric body immersed in a perfect and compressible fluid subject to a harmonic acoustic field. This integral representation is built as the sum of a potential of a simple layer and a potential of volume. It is equivalent to the exterior Helmholtz problem with Neumann boundary condition for all real wave numbers of the incident acoustic field. For elastic structure scattering problems, the modified Werner method is coupled with an elastodynamic integral formulation in order to account for the elastic contribution of the displacement field at the fluid/structure interface. The resulting system of integral equations is solved by the collocation method with a quadratic interpolation. The introduction of a weighting factor in the modified Werner method decreases the number of volume elements necessary for a good convergence of results. This approach becomes very competitive when it is compared with other integral methods that are valid for all wave numbers. A numerical comparison with an experiment on a tungsten carbide end-capped cylinder allows a glimpse of the interesting possibilities for using the coupling of the modified Werner method and the integral elastodynamic equation used in this research.     

Transmission mode of one-dimensional phononic crystal based on coupling of total evanescent waves

In order to obtain the transmission properties of one-dimensional phononic crystal under total evanescent waves, we design structure model. Basing on the basic acoustic wave equations and boundary condition as well as the Bloch theory, we study the band structure of one-dimensional phononic crystal. We summarize the properties of the mode based on the coupling of total evanescent waves and explain its physical mechanism. There are three transmission modes in phononic crystal. Based on the coupling of total evanescent waves, the number of perfect transmission peaks is just equal to the number of structure period, and the thickness of period can be much less than the wave length.     

一维周期结构散射近-远场外推的两种方法

 首先讨论了自由空间中一维周期结构近-远场外推的Floquet模方法,即对FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场进行级数展开,求出各阶Floquet模的复数幅值,再求得远区场。接着介绍了求解一维周期结构远区散射场的周期Green函数方法,即根据FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场,求得等效面电磁流后,再借助周期Green函数进行外推得到远区场。两种方法均仅用一个周期单元内的散射近场进行外推。计算结果验证了上述两种方法外推的有效性。     

Calculation of Mutual Coupling between Two RLTs in Millimeter Wave VCO Waveguide Cavities with Mode Matching Methods

In the design of millimeter wave voltage control oscillators (VCOs), mutual coupling effect is of great importance for it influences the tuning and power characteristics of VCOs significantly. In this paper, mutual coupling between two in-line radial line transformers (RLTs) in rectangular waveguide cavities of millimeter wave VCOs has been evaluated with mode matching methods. Mutual coupling characteristics varying with various parameters of resonate cavity such as the distance between two diodes, the position of sliding short, the radii of bias pins, the radii of RLTs, and the height of diodes are presented. Some useful conclusions concerning two RLTs configuration have been derived, which is helpful to design millimeter wave VCO of this structure.     

Calculating of Coupling Factor for the Heterogeneous Part of Accelerating Structure

The converging part of electron accelerator is designed to converge the phase of injecting electrons, improving the beam quality of the accelerator. It is very crucial to calculate the coupling factor between cavities and to design the geometry structure of the coupling irises. By the E module of code MAFIA, we calculate the frequency of every single resonant cavity and the two eigenfrequencies of two-cavitiy line. Then we get the coupling factor between the two cavities.This method can be used to design the geometry structure of the coupling irises between every two cavities. Compared to experiment, the results of the method is very accurate.     

聚合物电光调制器中M-Z波导TM模分析

M-Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank-Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。     

多物质流体动力学方法与结构动力学方法结合的流固耦合计算技术

建立一种基于重叠网格空间覆盖判断的流固耦合计算技术,把流场计算的Euler多物质流体动力学计算过程和Lagrange结构动力学计算过程相结合以描述流固间的相互作用.介绍该计算技术的具体实现过程,讨论提高几何判断效率、避免耦合遗漏、流固计算时间步协调等处理技术.应用建立的流固耦合计算程序模拟爆炸容器中爆炸流场对容器内部结构、容器壳体的作用过程.计算结果表明其可以反映流场发展过程、流场结构相互作用和结构的运动变形和破坏过程.     

支撑介质对平面型电磁带隙结构带隙特性的影响

运用直线法对含有不同参数支撑介质的平面型电磁带隙（EBG）结构进行了分析.概述了算法的实现过程,使用周期边界条件隔离出一个结构单元作为计算区域,并利用直线法得到了位函数在各层介质界面间的传输方程.通过联立场分量与位函数的变换关系和界面处切向场分量的连续性条件,建立了本征方程, 得到了表征该EBG 结构表面波带隙的本征模频带图.同时,使用该方法对含有不同介电常数、不同厚度支撑介质的表面波带隙进行了计算.通过对计算结果的分析,得到了支撑介质对平面型EBG 结构带隙特性影响的六条结论,为平面型EBG 结构的设计 关键词： 超媒质 光子带隙 周期结构 表面波     

花瓣形辐照加速器NB100的高频系统设计

介绍了花瓣形辐照加速器NB100高频系统整体方案和设计过程,如输入组件采用磁耦合设计、功率源与加速腔间采用同轴线连接、隔离窗选用平板窗等;给出了耦合环的最终设计数据与图形。高频系统投入使用后,通过初步测试,得到了驻波比小于1.1情况下,入射功率连续100 kW、脉冲250 kW的结果,证实了高频系统设计的合理性。