倾斜偏心对同轴波导TEM模式性能的影响

 采用CST微波工作室软件,数值模拟了内外导体轴线偏心对同轴波导TEM模式性能的影响。结果表明：随着倾斜偏心度的逐渐增大,倾斜偏心同轴波导的S₂₁参数和电场的幅值减小,但减小的幅度不是很明显,不会影响同轴波导的正常工作。但是,当偏心度增大到1°时,同轴波导TEM模式的端口电场分布云图与无偏心相比发生了很大的变化,可能导致同轴波导不能正常工作。     

结构偏心对开放式同轴谐振腔性能的影响

 采用CST微波工作室软件,数值模拟了内外导体轴线偏心对开放式同轴谐振腔的影响。结果表明：不管是内外导体的轴线发生平行偏心,还是倾斜偏心,都引起开放式同轴谐振腔的谐振频率、品质因数和场振幅实质性下降;其中,倾斜偏心产生的影响比平行偏心更为严重。     

同轴波纹返波管色散特性研究及粒子模拟

 计算了同轴波纹慢波结构的色散特性，分析了波纹周期长度、波纹幅值大小以及同轴内导体半径对慢波结构色散特性的影响。研究表明内导体的存在使系统截止频率升高,系统尺寸可比普通波纹波导慢波系统更大, 并且可以采用大半径电子注并工作在低磁场状态。运用Magic软件对同轴波纹返波管进行了数值模拟, 发现同轴波导内场分布有利于注波互作用,在数值模拟基础上设计出高效率、低磁场的非均匀同轴波纹返波管,互作用效率达60%,聚束磁场小于1 T。     

内导体倾斜的内开槽同轴回旋管

同轴回旋管中不可避免发生内导体倾斜。主要研究了内导体倾斜对特征根、Q值、谐振频率、横向电场、模式竞争和电子效率的影响,并以170 GHz TE_{31, 12}内开槽同轴回旋管作为实例对内导体倾斜理论进行验证。结果表明,特征根和Q值随倾角θ增大而略微增加。在0~0.5°范围内,当θ稍微增大时,电子互作用效率稍微减少。如果θ增加到1.3°,则由于模式竞争严重,且横向电场畸变严重,电子互作用效率降低到只有5%。受内导体倾斜的影响, 随着θ增加,无论热腔还是冷腔,谐振频率都稍微增大。     

同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究

采用多导体传输线分析方法, 对同轴交错圆盘加载波导慢波结构进行了理论分析, 得到了这种慢波结构的色散方程; 利用该色散方程, 得到的色散特性与HFSS仿真软件模拟结果符合良好. 分析了结构参数的变化对同轴交错圆盘加载波导慢波结构的色散特性影响. 结果表明: 增加内径和减小慢波结构的单位周期长度可以拓展慢波结构的带宽. 对同轴圆盘加载波导和同轴交错圆盘加载波导两种慢波结构的色散特性进行了比较, 结果表明: 采用圆盘交错加载方式可以减弱色散, 拓展带宽. 研究结果对同轴交错圆盘加载波导在毫米波行波管中的应用具有指导意义. 关键词： 行波管 同轴交错圆盘加载波导 慢波结构 色散特性     

0.22 THz二维电磁带隙波导和阵列天线设计

基于二维电磁带隙（EBG）结构,设计了工作在0.22 THz的直波导传输线和90弯波导传输线。数值模拟结果显示:直波导和弯波导的S21参数在0.22 THz处均大于10-5 dB,20 GHz模拟频带内的S21参数分别大于-0.001 dB和-0.003 5 dB。EBG结构很好地阻止了电磁波在电磁带隙内部的传播。基于EBG结构波导,设计了3 dB功分器和H面扇形喇叭阵列天线。数值模拟结果显示:功分器的S21参数在0.22 THz处为-3 dB,阵列天线方向性为17.1 dBi,具有较小的旁瓣和后瓣,E面和H面方向图均具有良好对称性。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

回旋速调管调制腔模拟分析

 多腔回旋速调管中的调制腔采用内外腔同轴结构,对回旋电子注角向群聚起着关键作用。用场匹配理论及HFSS软件对调制腔冷腔特性进行了研究,对多种输入结构、耦合缝尺寸和方位、腔体长度、半径进行了模拟。分析表明,耦合狭缝中心线与输入波导轴线成45°,耦合缝长度达到0.72时,内外腔储能比值达到41.65;耦合缝尺寸对腔体Q值影响较大,但并非呈简单线性关系,并且Q值对缝长的变化比缝宽的变化要敏感得多;而狭缝尺寸变化对谐振频率的影响不大;计算了内外腔储能,得到了模式转换效率高、内外腔储能比高、性能优良的调制腔。     

内外开槽同轴潘尼管波导传播特性

 推导了内外开槽同轴波导和外开槽圆波导的特征方程。数值模拟了内外开槽同轴波导及外开槽圆波导中2π模式的传播特性,研究了开槽深度与截止波数的关系及内外开槽潘尼管频率与各个半径之间的关系。结果表明：内外开槽同轴波导的特征值随内开槽深度的增加而增大,随外开槽深度的增加而减小;内槽半径对频率的影响很小,外槽半径起主要作用。     

缺陷态同轴布拉格波导传输特性

采用基于Ansoft HFSS的电磁仿真平台,研究了一个工作于Ka波段（37.5 GHz附近）的缺陷态同轴布拉格波导在不同的开槽方式及缺陷位置条件下的传输特性。结果表明:该波导只有在内外导体壁单面开槽并引入缺陷,或者双面开槽且两个开槽面同时引入缺陷的条件下才能够有效地产生出传输通带;对于后者而言,将内外导体壁的波纹初始相位差设置为且让缺陷位于波导中间时,可以获得带宽极窄、阻带抑制范围较宽的传输通带,此时,给内外导体壁的缺陷引入适度的错位能够对通带的中心频率、带宽等性能指标起到微调作用,而引入大间距的错位则能够在禁带中产生出多个通带,从而起到多通道滤波的作用。     

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。     

同轴TEM－余矩形TE10模式变换器的优化设计

 用HFSS软件和网络理论对S波段同轴TEM－矩形TE₁₀模式变换器进行了优化设计。其中同轴波导工作于过模状态,可同时传输TEM、TE₁₁、TE₂₁模。模式变换器可应用于高功率微波的能量提取系统,优化设计方法可用于通过短路活塞来实现调配的同轴－矩形、圆波导－矩形的模式变换器。     

同轴TEM-矩形TE10模式变换器的优化设计

用ＨＦＳＳ软件和网络理论对Ｓ波段同轴ＴＥＭ－矩形ＴＥ１０模式变换器进行了优化设计。同轴波导工作于过模状态,可同时传输ＴＥＭ、ＴＥ１１、ＴＥ２１模。模式变换器可应用于高功率微波的能量提取系统,优化设计方法可用于通过短路活塞来实现调配的同轴－矩表、圆波导－矩形的模式变换器。     

脊峰形同轴波导的工作特性

文中给出了脊峯形同轴波导的各波型的截止频率曲线,与最低波型的功率传输量,还有一个波导的衰耗常数公式,指出了脊峯形同轴波导具有极低的截止频率,可以在很宽的频段内工作。这些是同轴线工作于TEM波型时的特性。     

L/C双波段高功率微波同轴馈源的辐射特性

 设计了一种高功率微波双波段同轴馈源,从理论分析和数值仿真两方面进行了验证。它采用同轴结构馈电,C波段的工作中心频率为4.15 GHz,利用加入轴向波纹的圆波导结构馈电;L波段的工作中心频率为1.75 GHz,利用同轴波导馈电。通过调整外筒半径的大小,可有效抑制低频段高阶模的传输,同时径向波纹结构可有效改善高频段微波的辐射特性。利用模式匹配法和组合散射矩阵理论对馈源结构进行了分析,理论计算和数值仿真结果具有良好的一致性,所设计的双波段馈源结构紧凑,副瓣电平低,E面和H面方向图等化特性良好。     

紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器的粒子模拟

 设计了紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器，通过粒子模拟研究了L波段同轴相对论返波振荡器相互作用的物理过程，并对器件的电磁结构进行了优化和改进。分析表明，采用同轴慢波结构可以在较低的外加磁场下实现L波段返波振荡器的微波输出，同时可以大大减小微波器件的径向尺寸。这是因为同轴慢波结构的TM01模式有类似于TEM模的性质，没有截止频率，但纵向电场不为零，电子束能够与它发生强相互作用过程。粒子模拟优化结果表明，在器件半径仅为4.0 cm，电子束能量240 keV，电子束流1.8 kA，导引磁场仅为0.75 T时，返波振荡器可以在频率1.60 GHz处获得较大功率的微波输出， 平均峰值功率达140 MW，平均峰值功率效率约为32%。     

Mode characteristics of nested eccentric waveguides constructed by two cylindrical nanowires coated with graphene

A kind of nested eccentric waveguide constructed with two cylindrical nanowires coated with graphene was designed. The mode characteristics of this waveguide were studied using the multipole method. It was found that the three lowest modes (mode 0, mode 1 and mode 2) can be combined by the zero-order mode or/and the first-order modes of two single nanowires. Mode 0 has a higher figure of merit and the best performance among these modes within the parameter range of interest. The mode characteristics can be adjusted by changing the parameters of the waveguide. For example, the propagation length will be increased when the operating wavelength, the minimum spacing between the inner and outer cylinders, the inner cylinder radius and the Fermi energy are increased. However, when the outer cylinder radius, the dielectric constants of region I, or the dielectric constants of region III are increased, the opposite effect can be seen. These results are consistent with the results obtained using the finite element method (FEM). The waveguide structure designed in this paper is easy to fabricate and can be applied to the field of micro/nano sensing.     

Enhancement of single mode operation in coaxial optical waveguide using DB boundary conditions

In this study, a competent numerical strategy to compute the dispersion of optical waveguides is presented and propagation of electromagnetic waves in a coaxial optical waveguide with DB boundary conditions is instigated. For this intend, cylindrical coordinates are here being used to derive the DB boundary conditions and to obtain field components for the modes. The propagation constant for the waveguide to be studied is determined by solving the Bessel and the modified Bessel functions. The cutoff frequencies for various lower order modes have been calculated and their dispersion characteristics are plotted correspondingly. The behavior of the coaxial optical waveguide under DB boundary conditions is shown to be significantly different from that of coaxial optical waveguide and conventional optical waveguide under traditional or tangential boundary conditions. Finally, the effect of waveguide dimensions on the mode cutoff frequencies and fabrication issues are also addressed.     

同轴插板式TEM-TE11模式转换器的设计与实验研究

 介绍了同轴插板式TEM－TE₁₁模式转换器的设计:在同轴波导内沿径向插入四块金属板,将同轴TEM模转变为扇形截面波导TE11模,通过控制插板的长度使不同扇形截面波导输出TE₁₁模的相位不同,最后在圆波导内形成TE₁₁模;通过在插板的前端设置角向均匀分布的金属杆,实现了模式转换器的良好匹配。实验测得模式转换器的辐射方向图轴向最大,与数值计算结果吻合良好,表明实验中模式转换器的输出模式与数值计算结果一致,从而验证了同轴插板式模式转换器的可行性。