高功率毫米波圆波导半径微扰模式变换器的优化设计

 从半径渐变波导的耦合波方程出发,利用龙格-库塔法进行优化数值迭代,得到在3 mm波段,TE₀₃-TE₀₂, TE₀₂-TE₀₁高效率模式变换器的设计参数。通过优化程序,设计出了6周期TE₀₃-TE₀₂和3周期TE₀₂-TE₀₁模式变换器优化尺寸。利用CST微波工作室电磁仿真软件对结构尺寸进行优化仿真,仿真结果与优化程序计算结果基本一致。以此数据设计中心频率94 GHz的TE₀₃-TE₀₂,TE₀₂-TE₀₁模式变换器功率转换效率可以达到98.5%以上,90%功率转换的绝对带宽分别达到3.5和7.0 GHz以上,优于设计要求。     

高功率圆波导TE0n-TE11模式变换研究

 在模式耦合理论的基础上，详细讨论了波导轴线弯曲与波导半径渐变的圆波导模式变换，并对TE_0n-TE₁₁模式变换器的几何结构进行了优化分析，采用不同的相位重匹配技术，得到了可靠的最优几何参量。以此数据设计的8mm回旋速调管TE₀₁-TE₁₁模式变换器的转换效率可达98%。     

一种新型同轴TEM-圆波导TE11模式变换器

 提出了一种新型同轴插板式模式变换器，可以实现同轴TEM到圆波导TE₁₁模式的变换。介绍了这种模式变换器的工作原理：即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板，将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE₁₁模，进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性，在同轴波导中形成同轴TE₁₁模，最后将同轴TE₁₁模转换为圆波导TE₁₁模式。基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM-圆波导TE₁₁模式变换器，并进行了数值模拟。模拟结果表明：这种模式变换器可以承受高功率，中心频率上转换效率为98.5%，转换效率大于90%的带宽超过10%，在3.5~4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB。     

94 GHz回旋管过模波导模式转换与传输

 在耦合波理论的基础上,研究了94 GHz回旋管内置TE₀₃-TE₀₂-TE₀₁模式转换器和外接的TE₀₁-TE₁₁模式转换器。采用半径渐变微扰和轴线微扰几何结构以及不同的相位重匹配技术进行优化分析,得到了可靠的最优几何参量,设计出了紧凑、高效的94 GHz波纹波导模式转换器和蛇形线模式转换器。回旋管的热测实验中测出的模式样图表明,所设计的内置模式变换器有效地实现了TE₀₃-TE₀₂-TE₀₁的模式转换。     

TiGen-(n=7~12)团簇的光电子能谱及密度泛函理论研究

利用光电子能谱及密度泛函理论计算对TiGe_n^-(n=7~12)团簇的几何结构及电子特性等进行了系统研究. 对于TiGe_n^-负离子及中性TiGe_n,在n=8时出现了钛原子半内嵌的船型结构;在n=9~11时,新增的锗原子加盖到这种船型结构上,逐步形成钛原子完全内嵌的结构. TiGe₁₂^- 团簇具有一种钛原子内嵌的变形六棱柱结构. 自然布居分析结果显示,对于n=8~12的TiGe_n^-/0 团簇,随着内嵌结构的形成,有电子从锗原子转移到钛原子,说明其电荷转移方式与结构演变密切相关.     

三明治结构Tan(B3N3H6)n+1 团簇的磁性和量子输运性质

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法, 本文对小尺寸团簇Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1 (n ≤ 4)的磁性和量子输运性质进行了系统的研究. 计算结果表明, 此类体系采用三明治结构作为其基态并且具有较高的稳定性. 体系的磁矩随团簇尺寸的增大而线性增大. 当把Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1团簇耦合到Au电极上时, 形成的Au-Ta_n(B₃N₃H₆)_n+1-Au体系在有限偏压下展示出了较强的自旋过滤能力, 因而可以被看做是一类新型的低维自旋过滤器.     

ConCm±(n=1-5; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究

本文采用基于自旋极化的密度泛函理论系统研究了Co_nC_m^± (n=1-5; m=1,2)团簇的几何结构和电子结构特性. 将Co_nC^± (n=2-5)团簇中的一个Co替换为C原子, 个体的基态几何结构发生明显变化; 在Co_nC₂^± (n=1-5)团簇的生长序列中, 发现从n=3开始团簇中的两个C原子有彼此分离分布的趋势, 我们分析, 这是Co金属能够维持单壁碳纳米管(SCNTs)保持开口生长, 成为非常有效的一种催化剂的重要原因. 同时, 将Co_nC^± (n=2-5)团簇中添加一个Co原子后系统的总磁矩出现大幅下降的趋势, 但仍保持奇偶交替的规律. 通过比较中性及带电的Co_nC以及Co_nC₂ (n=1-5)团簇的碎裂能, 本工作发现: 由实验获取的SCNTs应均为带正电的体系, 这一结论与已有的实验模型拟合得很好.     

高功率毫米波圆波导TM01—TE11模式变换分析

 在数值研究高功率毫米波TM₀₁—TE₁₁光滑弯曲圆波导模式变换的基础上，对弯曲波导的几何结构进行了优化分析。在模式耦合理论的基础上，优化出了比较好的几何结构，并发现了圆波导半径、弯曲圆波导曲率和频率以及频带宽度之间的变化规律。以此数据设计的模式变换器的转换效率可达99%，带宽超过29.8%。     

非线性包层光纤中TE0模的传播特性分析

本文对具有Kerr非线性包层和线性匀芯的光纤在不同光功率下的传播特性进行了理论分析和数值计算.结果表明,在适当光功率下,当模折射率N等于芯折射率n_f时,芯场变得相当均匀,而包层场迅速衰减.对于自聚焦包层,当从N<n_f逐渐变到N>n_f时,芯场剖面越过N=n_f从凸变凹.在拐点,芯场成为均匀的.论文给出了模场分布和光功率与模折射率的关系.指出纤芯出现匀场预期会在光纤器件、光电子器件、光子器件中得到应用.     

NaBn(n=1—9)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法在6-311+G(d)水平上计算并分析了 NaB_n(n=1—9)团簇的几何结构及电子性质. 同时, 讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分和极化率.研究表明:NaB_n(n=1—9) 团簇基态绝大多数为平面构型. 能级间隙和二阶能量差分结果表明NaB₃与NaB₅是幻数团簇. 另外, 对平均线性极化率和极化率的各向异性不变量研究表明基态NaB_n团簇的电子结构随B原子的增加虽然趋于紧凑, 但尚未形成特定的堆积方式.     

宽带非均匀半径渐变TE0n-TE0(n+1)模式转换器的设计研究

基于耦合波理论,对两类半径渐变圆波导TE_0n-TE_0(n+1)模式转换器进行理论分析、数值计算和仿真模拟.均匀半径渐变波导高功率模式转换器,采用中心频率为17.14GHz、六周期TE₀₂-TE₀₃模式和中心频率为34.30GHz、六周期TE₀₁-TE₀₂模式两种设计参数.非均匀半径渐变波导高功率模式转换器,采用中心频率为34.30GHz、六周期TE 关键词： 模式转换器 耦合波理论 非均匀半径渐变 转换带宽     

Design of a TE10-TE30 Rectangular Mode Converter for 4.6GHz LHCD Launcher in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak

A compact rectangular TE10-TE30 mode converter is developed for the lower hybrid current drive （LHCD） launcher on the Experimental Advanced Superconducting Tokamak （EAST） at 4.6 GHz. The converter with periodic width perturbation aims to divide the microwave power into three sub-waveguides in the poloidal direction. We present the design and numerical calculation of the mode converter. Calculations are performed on the ripple wall converter by codes based on numerical solving the coupled-mode differential equations and on the simulation of the High Frequency Structure Simulator （HFSS） package. The resulting conversion efficiency from TE10 mode to TE30 mode exceeds 95% within the bandwidth from 4.56 GHz to 4.64 GHz, and the return loss of the oversized transducer can be considerably decreased to 0.068% by means of a capacitive button embedded in the E-plane of the waveguide.     

A Mode Converter with Multi-waveguide Output from the TE01 Circular Waveguide Mode to the TE10 Rectangular Mode for Millimeter Wave Gyro-device Applications

A mode converter with multi-waveguide output for millimeter wave gyro-device applications is proposed in this article, which is used to convert the TE₀₁ circular waveguide mode into the TE₁₀ rectangular waveguide mode. Computer simulations with Ansoft HFSS code show that the energy transmission coefficient of larger than 95.96% may be reached in the frequency range from 34.094 GHz to 35.8 GHz (a bandwidth of 1.706 GHz) at a VSWR of lower than 1.5 for the input operating mode.     

Ka波段高功率斜角弯头的设计

介绍了一种基于准光技术的高功率斜角弯头的设计方法,可实现圆波导TE0m模式的高效转弯传输。使用模式变换器将工作模式TE0m转换成锥形高斯模,经过转弯后,锥形高斯模被重新转换成工作模式。这种锥形高斯模可以减少波束在镜面的衍射,从而实现工作模式的高效率转弯传输。基于这一方法,设计了工作在Ka波段、工作模式TE01的MW级波导斜角弯头。HFSS计算结果表明: 在8%的带宽内,传输效率大于98%。     

MAGICTRAC, a novel method for conversion of whispering-gallery modes into a free-space Gaussian-like beam

A novel device, MAGICTRAC, is described for efficient conversion at millimeter wavelengths of the TE _m,n whispering-gallery mode into a linearly polarized, free-space Gaussian-like beam. MAGICTRAC uses a mode-converting waveguide taper and three mirror optics, one of which incorporates a twist reflector to linearly polarize the output beam. An example design is presented for the TE_15,2 mode at 140 GHz with a calculated efficiency of 96%. Related possible applications include (1) installation of the MAGICTRAC within the vacuum envelope of a gyrotron to separarate the spent e-beam from the generated rf, (2) generation of a whispering-gallery mode by injection of a Gaussian-like beam into the output end, and (3) conversion of TE _m,n modes into TE_0n modes for low-loss transmission in smooth-wall waveguide.Work performed by LLNL for USDOE under contract W-7405 ENG-48.     

TE-TM Mode Converter Using Optically Active Polymer

A novel TE-TM mode converter using optically active polymer: poly-1-menthylmethacrylate (PMtMA) was studied theoretically and experimentally. In a three-layered slab waveguide consisting of the PMtMA core layer on a fused quartz substrate, a low-loss TE₀-TM₀ mode conversion with an efficiency of 60 to 70% was easily obtained for the first time at a wavelength of 441.6 nm. The method to achieve a phase-matched operation of this polymer TE-TM mode converter was also discussed.     

双微波源共轴辐射馈线结构的设计

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换,而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移;采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器,实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。     

高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生

采用等离子体流体理论，研究了高功率微波在等离子体填充波导中的谐波产生，导出了非线性波动方程. 对二次谐波产生进行了数值计算与分析. 理论分析和数值计算表明，高功率微波将在等离子体填充波导中激发起谐波，TE_0n模式与TM_0n模式的基波都将激发起TM类型的谐波. 关键词： 高功率微波 谐波产生 等离子体填充波导     

Method for synthesis of wideband multimode waveguide elements

We propose a modification of the iterative method for synthesis of waveguide mode converters, which allows obtaining various elements of microwave transmission lines with a wide operating frequency band. The efficiency of the synthesis is illustrated by the calculated waveguide components. This method makes it possible to synthesize converters with significantly improved characteristics, e.g., a converter of the TM_0,1 mode to the rotating TE_3,1 mode, a converter of the TM_0,1 to the TE_1,1 mode, a converter of the TE_1,1 mode of a smooth waveguide to the HE_1,1 mode of a corrugated waveguide, and a waveguide 90° bend for the TE_1,1 mode. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 50, No. 9, pp. 793–799, September 2007.     

高功率速调管TE_(11)-HE_(11)模式变换器的设计及实验验证

基于模式匹配法编制了分析内壁刻槽TE11-HE11圆波导模式变换器数值计算程序;采用该程序为工作频率为30.5GHz的高功率速调管设计了一半径为16mm的TE11-HE11模式变换器。计算表明该变换器在2.6%的带宽内转换效率在98.8%以上,实验结果表明该变换器性能良好。