Ka波段螺旋波纹波导回旋行波管

螺旋波纹波导回旋行波管与采用圆波导的回旋行波管相比,有较大的带宽。介绍了它的线性注波互作用理论,并用该理论计算了不同的磁场与波导表面微扰幅度对Ka波段螺旋波纹波导回旋行波管线性增益的影响。计算结果与已报道的实验结果基本符合,说明该理论可以初步确定螺旋波纹波导回旋行波管的各项参数。     

介质加载回旋行波管小信号分析

 应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，结合介质加载波导的冷场分析，数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

回旋行波管是下一代高分辨率成像雷达、高速率远程通信等电子系统首选的高功率电磁波辐射源,在国防安全方面具有重要的战略意义,研究发现,螺旋波纹波导回旋行波管具有较大的带宽,较高的电子效率及稳定性,本文从有源麦克斯韦方程组出发,系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论,数值计算结果与已有的实验报道基本相符,在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管,工作电压为80kV,工作电流为5A,中心频率为95GHz,3dB带宽约4.5%,饱和增益为52dB,最大输出功率为142kW,电子效率达20%—35%.最后,本文计算了电流、电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响。     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα 关键词： Kα波段介质加载回旋行波管 绝对不稳定性 自激振荡 小信号增益     

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程，并结合介质加载波导的冷场分析，通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度，通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流，并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程，分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益，给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上，对Kα     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

本文从有源麦克斯韦方程组出发, 系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论, 数值计算结果与已有的实验报道基本相符.在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管, 工作电压80 kV, 工作电流5 A, 中心频率95 GHz, 3 dB带宽约4.5%, 饱和增益52 dB, 最大输出功率142 kW, 电子效率达20%-35%.最后,本文计算了电流, 电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响.     

基于损耗介质加载波导的回旋行波管放大器的互作用分析

损耗介质波导对提高回旋行波管放大器的稳定性等性能具有积极的作用.本文基于损耗介质波导中工作模式的场表达式,推导出电子回旋脉塞互作用线性理论.通过系统的数值计算发现损耗介质波导与光滑金属圆波导中的工作模式从场型分布和色散关系上都具有一一对应关系;通过Laplace变换,利用互作用线性理论计算工作模式的起振场型和阈值,并研究互作用系统磁场、电流和介质层对放大特性的影响.这些研究成果对促进损耗介质在回旋行波管放大器中的运用和高稳定性回旋行波管放大器的发展具有积极的作用.     

W波段回旋行波管螺旋波纹波导色散分析

对螺旋波纹波导回旋行波管的色散特性进行了研究,通过理论分析推导了螺旋波纹波导的色散方程。进一步对色散曲线进行了数值计算,并着重分析了几何结构参数变化对其色散特性的影响, 由此得到了合理的结构参数。同时利用三维电磁仿真软件CST模拟计算了在该参数下螺旋波纹波导的本征模式并与理论结果作对比,误差小于3%。     

共焦波导回旋行波管准光注入结构设计

为了解决共焦波导回旋行波管现有输入结构带宽较窄的问题,基于高斯变换,为0.4 THz共焦波导回旋行波管设计了准光注入结构,注入模式为HE06模。该结构由波纹波导模式变换器、高斯变换镜及接收天线构成。对整个注入结构进行了三维电磁仿真,结果表明,在回旋行波管8 GHz的工作带宽内,注入效率大于50%,最大注入效率68%。     

具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器绝对不稳定性

 详细推导了具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器的色散特性。通过绝对不稳定性振荡出现的条件,给出求解具有损耗波导结构回旋行波管放大器的绝对不稳定性起振电流的数值计算方法。研究结果表明：绝对不稳定性起振电流与损耗波导的集肤深度有关,选择有较大的集肤深度的损耗波导可以提高绝对不稳定性起振电流;绝对不稳定性起振电流同时也与工作磁场偏离饱和磁场的程度以及电子束的纵横速度比有关;通过设计具有分布损耗波导结构的注-波互作用电路,以及工作磁场、电子束的纵横速度比,可以在兼顾带宽、效率的条件下,保证回旋行波管放大器稳定工作。     

Reconfigurable subwavelength waveguide based on magnetic metamaterial

The design and characterization is described of a reconfigurable subwavelength waveguide based on magnetic metamaterial. The waveguide is capable of reconfiguring its propagating mode from right-handed to left-handed, which can be applied in the design of novel microwave and RF devices such as leaky wave antennas with broadened scanning range. The waveguide consists of a rectangular metallic waveguide loaded by two pieces of different magnetic metamaterials, which are structured by the same cells—modified split ring resonators (MSRRs)—with different arrangements. Positions of the two pieces of metamaterials in the waveguide can be reconfigured separately by the control mechanism. The simulated transmission data show that the waveguide has a passband below the cutoff frequency of the hollow waveguide either in the left-handed case or in the right-handed case. The extracted constitutive parameters have demonstrated that the effective permittivity and permeability of the waveguide are simultaneously negative in the left-handed case and positive in the right-handed case. The magnetic field and surface current distributions in the waveguide confirm that the waveguide operates as can be expected. The influence of the control mechanism on the performance of the waveguide is studied. It is shown that the influence is so minor that it can be neglected.     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构,分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明,经过合理优化的设计,3种过渡结构均可以使反射系数在28~40 GHz波段小于0.05。     

Analysis of temperature profiles of thermo-optic waveguides

The temperature profiles of thermo-optic waveguides are analyzed by the finite element method. The heat generated by a thin-film heater causes the temperature of a nearby waveguide to increase. The analysis results show that thermal coupling is a function of the waveguide spacing and depth. Thermal coupling increases with the waveguide depth but decreases with the waveguide spacing. Thermal coupling could be reduced by placing a cooler on the adjacent waveguide or etching a deep trench between the waveguides. The cooler can reduce the coupling, but it is not effective for deep waveguides. For the trenched structure, the temperature of the heated waveguide increases as the trench depth increases; however, the temperature of the nearby waveguide will decrease.     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

 为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性，推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式，发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论，通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系，给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证，耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

数值模拟二维间隙表面等离子波导传输特性

利用表面等离子激元的新颖特性,设计了二维间隙表面等离子波导.以这种结构为基础通过变形和组合形成90°直角弯曲波导、T型光功率分配器和光开光,采用时域有限差分法研究了它们的传输特性.结果表明:不同于介质光波导的弯曲损耗来自于辐射泄漏,90°直角弯曲间隙表面等离子波导的能量损耗主要来自于金属中的欧姆热损耗.在间隙达到40 nm以上后,当直行段的长度适当时,弯曲段的透射率较相同长度的直波导的透射率要大.T型光功率分配器在两输出波导的间隙宽度比达到0.6及以上时,不同于传统介质波导的分光原则,能量主要沿等效折射率较小的输出臂流出.当两输入光的相位反相时,T型光开关处于输出截止的状态,当两输入光的相位同相时,T型光开关处于输出导通的状态.所有波导间隙均小于衍射极限,实现了超衍射极限传播,可用于未来了超大规模集成光路中.     

Grazing diffraction of X-ray radiation in a planar single-crystal waveguide

The propagation of an X-ray beam through a plane-parallel waveguide is studied with allowance for Bragg grazing diffraction on the crystalline structure of the plates. Expressions for the waveguide modes are obtained and nondecaying waveguide modes are shown to exist at angles that are larger than the critical one (the angle of total external reflection), which permits one to increase the capture angle of radiation incident on the waveguide. The calculated intensity at the waveguide output is compared with the intensity of waveguide modes in the absence of grazing diffraction in the waveguide material.     

一种高品质中空金属光波导

讨论了高品质中空金属光波导的工作原理及其制作工艺，制备了以金和银作为波导材料的中空波导管，并对空芯以及充入不同透明液体的液芯波导的透光特性进行了测试，结果表明：与中空介质波导相比，中空金属波导具有光传输损耗低，透过率对波导弯曲与失调不甚敏感等优点；而液芯金属波导的透光效率与透明材料的折射系数无关。文中描述了在特定波段内“中空光纤”的原理，并报道了Ｈｅ－Ｎｅ和ＣＯ２激光在中空金壁波导传输的实验结果。     

高频原子波导中冷原子的磁导引

建立了高频原子波导模型,分析了铷冷原子在该波导内与磁场的相互作用势。高频波导线圈输入电流,在线圈中心轴线区域的势阱深度为mK量级,在线圈的径向能对温度为100 K左右的冷原子实现囚禁。通过分析可知改变输入波导线圈的输入电流大小,可改变势场的大小。计算了进入高频原子波导的冷原子和波导磁场产生相互作用束缚力的大小。在波导轴线中心区域,原子受到的束缚力较大,最大为1.710－23 N,为原子所受重力的10倍。     

Fabrication of defocus graded-index optical waveguide for evanescent wave optical amplifier

This is the first report on an evanescent wave optical amplifier with a plastic waveguide that can amplify a CW signal transmitted by a plastic optical fiber. The waveguide with a concave refractive index distribution was fabricated by an interfacial-gel polymerization technique. Since the waveguide increases the number of reflections at the boundary surface of the waveguide and the laser dye solution, the enhancement of amplification efficiency can be realized. The function of the fabricated waveguide was confirmed by calculations and experiments. The obtained results indicate that the fabricated fiber generated a larger evanescent field than the waveguide without a refractive index distribution.