微波孔缝线性耦合函数研究

讨论了微波脉冲通过孔缝线性耦合进入腔体内的研究方法。给出了线性耦合的物理基础,定义了耦合函数，并导出了耦合函数随入射电场极化方向变化的公式。简要描述了数值求解孔缝线性耦合的时域有限差分方法以及修正算法。给出了以矢量网络分析仪HP8510C为主要设备测量耦合函数的实验方法。通过耦合函数的研究，观察到了共振效应和增强效应等现象，给出了微波孔缝耦合发生共振的普适公式。分析了测量探头对耦合函数测量的影响，验证了耦合函数随入射电场方向变化的公式。理论、数值和实验结果符合得较好。     

矩形孔缝耦合特性实验研究

 对矩形孔缝在微波频率为2～18GHz范围内的耦合系数进行了实验研究；建立了实验方法和实验装置。实验结果表明：对于矩形孔缝，当入射电场方向垂直于孔缝长边时，在微波波长约等于2倍孔缝长度时，发生共振效应，在该频率附近一定带宽内耦合系数最大，并且在共振频率处存在着场增强效应。     

共振增强的量子效应初步研究

 利用量子效应原理分析了波包在势阱中的传输,通过分类讨论得出了出现共振透射现象的条件。将其与已有高功率微波孔缝耦合的数值模拟和实验结果相比较发现：其共振条件和使用数值模拟和实验得到的共振条件基本一致,即垂直入射电场分量的缝（或边）为入射半波长的整数倍时会出现共振增强现象。不仅验证了已有的高功率微波孔缝耦合数值模拟和实验结果,而且有助于解释一些复杂电子系统高功率微波效应实验中出现的强耦合现象。     

微波脉冲与孔阵矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与孔阵矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究.当孔缝阵中的孔缝长边垂直于入射电场方向时,详细分析了微波脉冲与孔缝阵矩形腔体的耦合过程中孔阵面上各个孔缝中心点的电场分布情况.结果表明,在平行于入射电场方向上排列的孔缝中,处在中心的孔缝场增强效应最弱,孔缝场增强效应由中心向两侧依次对称的增强;在垂直于入射电场方向上排列的孔缝中,处在中心的孔缝场增强效应最强,孔缝场增强效应由中心向两边依次对称的减弱.同时,讨论了孔缝孔阵中孔缝个数、间隔等因素对各孔缝中心点的场增强效应和腔体内的耦合场分布的影响.     

微波脉冲与孔阵矩形腔体耦合的数值模拟研究

利用时域有限差分(FDTD)方法对微波脉冲与孔阵矩形腔体的耦合过程进行了数值模拟研究. 当孔缝阵中的孔缝长边垂直于入射电场方向时, 详细分析了微波脉冲与孔缝阵矩形腔体的耦合过程中孔阵面上各个孔缝中心点的电场分布情况. 结果表明, 在平行于入射电场方向上排列的孔缝中, 处在中心的孔缝场增强效应最弱, 孔缝场增强效应由中心向两侧依次对称的增强; 在垂直于入射电场方向上排列的孔缝中, 处在中心的孔缝场增强效应最强, 孔缝场增强效应由中心向两边依次对称的减弱. 同时, 讨论了孔缝孔阵中孔缝个数、间隔等因素对各孔缝中心点的场增强效应和腔体内的耦合场分布的影响.     

微波脉冲与圆柱腔体耦合的时域有限差分模拟

给出了微波脉冲与腔体上孔洞线性耦合的物理模型,讨论了数值模拟的时域有限差分方法以及吸收边界条件,计算了不同大小和位置孔洞的耦合过程,分析了耦合对孔洞大小和入射场偏振方向的依赖关系.     

氩气/空气ICP放电现象研究和基于H_β光谱展宽的微波干涉电子密度诊断方法

闭式腔体ICP是解决飞行器等离子体局部隐身的可行方案,其电子密度Ne在电磁波入射方向上的分布是影响其电磁波衰减效果的关键因素。对此,开展了在30.8cm×30.8cm×5.8cm石英腔体内的ICP放电实验,通过实验研究了空气/氩气ICP的E-H模式跳变的物理现象,通过测量得到了空气/氩气环状ICP的宽度和覆盖面积比例随电源功率变化的规律,并给出了上述实验现象的理论解释。为了得到平面型ICP的电子密度在微波入射方向的分布,提出基于Hβ光谱展宽的微波干涉分布诊断法,分别对平面真空腔室内空气/氩气ICP的电子密度在电磁波入射方向上的分布进行了诊断,通过H_β(486.13nm)Stark展宽拟合和微波干涉过程分别获取电子密度分布函数的两项参数,得到了电子密度分布随放电功率变化的曲线。实验可得到电子密度范围为0.5×10~(11)~3.2×10~(11) cm~(-3)的环状ICP源,实验结果表明,ICP的电子密度受气体种类,射频功率影响较大,峰值电子密度接近ICP的中心位置,通过比较发现,氩气的电子密度较高,有效拟合区域较窄,空气的有效拟合区域较宽,覆盖面积较大。     

微波脉冲与不同形状带矩形孔缝腔体耦合的数值模拟

 利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉冲的电场与孔缝窄边平行时,借助耦合函数对两个系统内部耦合场的分布特性进行了研究,结果表明在与孔缝窄边垂直的平面内,越靠近腔体壁,耦合场越弱。此外,两种腔体内部的耦合场在腔体截面内均呈现准周期振荡分布,矩形腔体内部耦合场振荡的幅值较均匀,而圆柱形腔体内部耦合场幅值在其截面中心附近区域最大;除了孔缝附近区域外,圆柱腔体轴线两端的耦合场远大于矩形腔体相应的耦合场。最后,研究了孔缝耦合共振频率与孔缝尺寸的关系,结果表明系统耦合共振频率不只与孔缝尺寸有关,而是由孔缝尺寸和腔体形状及其对微波脉冲的反射特性共同决定。     

提高腔靶激光能量注入率的新途径

 在“星光Ⅱ”上测量了入射孔边缘镀CH膜的孔靶激光能量注入率,给出了注入率随入射激光能量和波长变化的经验公式,同时对堵口现象物理机理进行了一维数值模拟。实验结果表明:镀CH膜是增加激光能量注入率、提高腔靶辐射温度的有效方法。     

光折变相位栅衍射动态特性的严格耦合波分析

利用严格耦合波衍射理论分析了光折变体相位光栅的衍射问题,给出了光折变二波耦合动态特性的严格耦合波分析及其对入射光束夹角和初始入射光强比的依赖关系.实验上对掺铜KNSBN晶体二波耦合的动态特性进行了测量,实验结果和数值模拟符合得很好.     

超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

 为了解孔缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响,应用时域有限差分法对长方腔体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mm量级的微小孔缝为研究对象,分析不同入射角度、不同脉宽的激励源对耦合效应的影响,得到了孔腔共振效应、孔缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表明：长方孔在孔缝附近存在明显的增强效应,超宽带脉冲对正三角孔和方阵的耦合系数最小,脉宽短的入射脉冲耦合效应明显强于脉宽长的脉冲,耦合效应基本随入射角的减小而缓慢减小。     

Microwave breakdown in slots

The properties of microwave-induced breakdown of air in narrow metallic slots are investigated, both theoretically and experimentally, with emphasis on factors important for protection against transmission of incident high-power microwave radiation. The key factors investigated are breakdown power threshold, breakdown time, peak-leakage power, and total transmitted energy, as functions of incident pulse shape and power density. The theoretical investigation includes estimates of the electric field intensification in narrow slots and basic breakdown plasma modeling. New results important for application to the high-power microwave field, such as the influence of pulse shape on breakdown time and peak-leakage power, are presented. The experimental investigation comprises a set of slot breakdown experiments at atmospheric pressure, which are analyzed to extract key parameters, such as transmission cross section, breakdown time, peak leakage power, and transmitted energy. The experimental data is compared and shown to be in good agreement with results obtained in the theoretical investigation.     

基于量子相干效应的无芯射频识别标签的空间散射场测量

基于原子蒸汽池中铯里德伯原子的电磁感应透明光谱在微波场作用下的Aulter-Towns效应,测量了无芯射频识别标签线形散射单元的近场散射微波电场二维空间分布,空间分辨率可达到亚微波波长.实现了射频电场极化方向与线形散射体标签夹角的有效分辨.电磁仿真软件的仿真结果与实验测量符合得很好.本研究提供了一种测量微波电场近场测量的新方法,对无芯射频识别标签的散射单元设计和标定以及电子电路的电磁辐射测量具有重要的意义.     

高功率微波缝隙耦合效应的试验研究

 利用高功率微波源对预设的11种不同尺寸的缝隙做了耦合效应试验，得到了这11种缝隙对试验波段的一般耦合特性。试验结果表明：窄缝的耦合效应有较强的极化特性；从波长与缝隙的长度相对关系对耦合效应的影响来看，波长与缝隙的长度相当时耦合效应最强；在UWB，L，S，X几个波段内，缝隙的宽度越窄，耦合效应越弱；缝隙的深度能明显影响其耦合效应，随缝深的增加，耦合效应逐渐减弱；辐射波脉宽变化对耦合效应基本没有影响。     

基于开口环阵列结构的表面晶格共振产生及二次谐波增强

理论研究了二维周期排列的金开口环谐振器的磁共振模式与周期阵列的衍射模式发生强耦合所需满足的条件及其对二次谐波产生效率的影响.通过控制阵列结构在x和y方向的周期大小,使得衍射模式只在其中一个方向产生,当衍射模式的电场方向与入射光电场偏振方向一致时,衍射模式才会与开口环谐振器的磁共振模式发生强耦合作用,产生表面晶格共振进而实现近场场增强.在此基础上,进一步计算了金开口环谐振器阵列的二次谐波产生效率,随着阵列周期逐渐增大,即开口环谐振器的数密度减小,二次谐波强度呈现先增加后降低的趋势,当开口环谐振器数密度降为原来的1/4左右时,二次谐波强度可以增强2倍以上.本文的研究为金属超表面二次谐波产生效率的提高提供了一种新的可能途径.     

微带线电路板端口对入射电磁波的电压响应

 在考虑电磁波与电子设备的耦合时，屏蔽腔中电路板端口对入射电磁波的电压响应是一个重要的参数。分别计算了微带线电路板端口在自由空间和在屏蔽腔内这两种不同情况下的电压响应，以及屏蔽腔内耦合系数的变化。对所得结果进行了比较分析，结果表明，在自由空间时，响应电压频谱为连续的变化，而在屏蔽腔内时，只有在本征模的频率处才会激励起端口电压，频谱分布变为分立的。当屏蔽腔上开有窄缝时，窄缝方向和入射场极化方向对激励起来的端口电压都有影响，而电场极化方向和微带线方向之间的关系，是决定端口激励电压大小的关键因素。     

基于里德堡原子的电场测量

里德堡原子具有大的极化率、低的场电离阈值和大的电偶极矩,对外部电磁场十分敏感,可以用来测量电场强度特别是微波电场的强度. 利用里德堡原子的量子干涉效应(电磁诱导透明和Autler-Townes效应)测量微波电场强度的灵敏度远高于传统采用偶极天线测量微波电场的灵敏度. 此外,里德堡原子电场计 可以溯源到标准物理量,不需要额外校准; 采用玻璃探头,对待测电场干扰少; 灵敏度也不依赖于探头的物理尺寸. 同时,该电场计还可以实现对微波电场的偏振方向的测量, 实现亚波长和近场区域电场成像与测量. 通过选择不同的里德堡能级,可以实现1-500 GHz超宽频段范围内微波电场强度的测量. 主要综述基于里德堡原子的电场精密测量研究, 详细介绍了里德堡原子电场计的原理与实验进展, 并简单讨论了其发展方向.