复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响

采用三维电磁仿真软件CST Microwave Studio,数值模拟了内外导体轴线复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响。结果表明:当内外导体的轴线同时存在平行偏心和倾斜偏心时,改变了波导的边界条件,从而导致同轴波导的S21参数和电场幅值实质性下降。随着复合结构偏心程度的加剧,同轴波导的S21参数和电场幅值减小越大。同时,复合结构偏心比平行偏心或倾斜偏心单独存在时对同轴波导电磁性能的影响更大。因此,在同轴波导的实际制作过程中,应尽力避免发生复合结构偏心。     

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。     

回旋管同轴谐振腔模式的选择

 为了研究回旋管工作模式的选择机理,分析了圆柱波导开放式谐振腔、光滑同轴谐振腔和纵向内开槽同轴谐振腔相应波导的色散特性,进而研究了这些谐振腔内模式竞争的问题。对同轴结构波导色散方程作了相应的数值计算,结果表明,同轴谐振腔利用自身色散曲线与谐振腔内外半径比值的数值关系,能够使在开放式谐振腔内无法工作的高阶模式在其内部稳定工作。最后,以德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)研制的同轴回旋管为例,进行了相应的分析计算,结果表明纵向内开槽同轴谐振腔相对于光滑同轴谐振腔更适合高阶模式的稳定工作。     

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。     

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。     

平行板-偏心圆柱耦合传输线的特性阻抗

提出用保角变换边界元组合法计算平行板-偏心圆柱耦合传输线的特性阻抗。通过对三种基本偏心结构的计算,获得平行板-偏心圆柱耦合传输线的特性阻抗数据。这些数据不仅可为平行板-偏心圆柱耦合传输线的准确设计提供理论依据,而且可为同轴传输线的加工制作精度提供理论参考。     

170GHz兆瓦级同轴回旋振荡管的分析计算

回旋管是最有希望应用于正在实施的国际热核实验反应堆计划的微波源器件,然而研究设计符合要求的回旋管还存在很多困难需要解决.对170 GHz兆瓦级光滑同轴回旋管的注-波互作用进行了研究.选取模式谱相对稀疏的TE31,12作为工作模式,利用Matlab编制源程序,计算了同轴回旋管的注-波耦合系数、起振电流.在考虑电子速度零散、腔壁电阻率和单模近似的基础上,对光滑同轴谐振腔的优化设计和注-波互作用进行了仿真,给出了磁场、电压、电流和内导体倾角等参量与回旋管效率的关系.结果表明,电压和磁场对回旋管效率影响较大,电子速度零散对回旋管效率影响较小,因而可降低电子枪的设计要求.此外,优化内导体倾角和同轴谐振腔结构参数可提高注-波互作用效率,降低电子速度零散对互作用效率的影响,获得了约50%的电子效率及1.7 MW输出功率.     

基于同轴TM812模谐振腔的毫米波多注速调管

 研究了群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率和同轴TM₈₁₂模谐振腔中微波能量的提取方法,论证了其作为毫米波多注速调管的输出腔的可行性。研究结果表明:理想群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达3.29%,一般群聚电子注穿越同轴TM₈₁₂模谐振腔的换能效率可达1.86%;采用同轴TM₈₁₂模谐振腔与沿轴向的同轴线耦合可以实现微波能量的提取;在输出腔工作频率为100.945 GHz,外观品质因数为2 243情形下,根据估算,最大输出功率可达15 kW。     

高Q值单间隙同轴谐振腔的物理设计与实验研究

随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器（RKA）成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM01模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟,发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大,当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时,同轴谐振腔的Q值为极大值（18 764）,意味着此时谐振腔中两种模式转化最小,多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA,粒子模拟和实验结果表明,器件的输出微波功率稳定,频谱纯净,无自激振荡等问题存在。     

GNSS天线连接器同轴度误差测量技术

为测量GNSS天线连接器同轴度误差,构建了连接器分段旋转数学模型,提出了一种水平转台和机器视觉结合的非接触式测量方法,搭建测量装置并进行了测量实验.分析连接器运动方式和同轴度误差测量方法,确定各轴线之间的偏移关系,建立同轴度误差数学模型和测量模型.搭建测量装置,相机安装在水平转台上方,光轴平行于水平转台轴线.旋转水平转台,使用相机捕捉转接螺杆端面圆心位置并拟合轨迹,完成测量装置同轴度误差自标定.将连接器安置在水平转台上,旋转水平转台,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对水平转台轴线的偏移.旋转连接器的承载器,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对承载器轴线的偏移.最终,综合各轴线的偏移关系得到连接器同轴度误差的最大值.实验结果表明,测量装置对GNSS天线连接器同轴度误差的测量标准差为9μm,单次测量结果的扩展不确定度U=30μm(k=2),满足GNSS天线连接器0.1 mm至1 mm量级的同轴度误差的测量需求,使用连接器同轴度误差修正GNSS超短基线测量结果,可以显著提升基线测量精度.     

Effect of Eccentricity on Transmission in a Coaxial Bragg Structure

In practice a coaxial Bragg structure always has an eccentricity between the outer-wall and inner-rod axes. Numerical simulations are carried out to analyze the effect of the eccentricity on the transmission in a coaxial Bragg structure. Results demonstrate that the effect of the eccentricity is minimized and becomes negligible when the phase difference between the outer and inner corrugations is π, no matter if the eccentricity is parallel or oblique.     

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。     

Gyrokinetics of Coaxial-Cavity Electron Cyclotron Maser

Based on the gyrokinetics of free-electron masers, the energy-transfer rate and starting current are derived for a coaxial-cavity electron cyclotron maser (gyrotron oscillator) with the misalignment of the inner-rod axis to the outer-cavity axis taken into account. The effect of the finite cavity length is included in the derivation. The stable term of the instability which results from the contribution of the guiding-center distribution is of significance, although it is usually neglected in a cylindrical-cavity gyrotron. It is found that the structure misalignment has more serious influence on the performance of the coaxial cavity gyrotron than the beam misalignment.     

波纹误差对同轴布拉格结构反射特性的影响

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模(TEM)工作于220GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响。数值模拟结果表明:在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差。     

适用于圆筒形增益区的同轴四镜腔的失调分析

采用矩阵光学方法，对适用于可见光的圆筒形增益区同轴四镜腔中的腔镜因倾斜而产生的失调特性进行了分析，给出了相关计算公式。该四镜腔由同轴的一个复曲面全反镜和两个光学玻璃加工的透镜和一个平面输出镜组成。以He-Ne激光器为例，给出了数值计算结果，关键元件复曲面镜的失调对输出的影响较大。这为腔元件的加工以及腔镜的安装调试提供了参考。     

十字形孔径谐振腔的失调分析

给出十字形孔径谐振腔失调后的光轴确定方法,对因失调引起的腔内损耗进行了分析和近似计算;讨论了基模和高阶高斯光束在十字形孔径谐振腔中传输时的衍射损耗问题。计算结果表明,平面镜或凹面镜倾斜角度在10″以内,TEM30和TEM03及以下的低阶模式的平均单程损耗小于1%。     

失调多腔镜型环形谐振腔共轭光轴位置精度分析

为了详细分析由多个反射镜构成的谐振腔内的闭合光轴(共轭光轴)的特性以及存在条件, 首先从光束传输坐标变换的角度, 分析了由多个平面镜所构成的谐振腔的共轭光轴存在条件, 得出了奇数平面镜谐振腔仅当平面镜间具有高精度的相同垂直度时才存在闭合光轴, 而偶数平面镜谐振腔总是存在闭合光轴的结论, 并给出了腔共轭轴随腔镜方向失调而产生的角度变化关系. 然后从矩阵光学的角度分析包含球面镜的谐振腔的共轭光轴在腔镜间传输时的方向变换问题, 具体分析了由两个平面镜和一个球面镜构成的三角形环形谐振腔的闭合共轭光轴存在的问题. 结果表明, 当不同的镜子出现角度偏差时, 腔内仍然存在闭合的共轭光轴, 并给出了对应的腔轴变化以及新谐振面的位置及方向. 由此表明由于球面镜的加入降低了谐振腔共轭轴存在性对平面镜间高精度平行度的要求, 为基于高品质光学无源腔的光谱测量技术的高精度装调工作提供了理论指导.     

Absorption effects on the longitudinal bulk plasmon–polariton modes in 1D heterostructures containing anisotropic metamaterials

The transmission properties of electromagnetic waves through a one-dimensional layered system containing alternate layers of air and a uniaxial anisotropic left-handed material are investigated. The optical axis of such heterostructure is along the stacking direction and the components of the electric permittivity and magnetic permeability tensors that characterize the metamaterial are modeled by a Drude-type response and a split-ring resonator metamaterial response, respectively. Different plasmon frequencies are considered for directions parallel and perpendicular to the optical axis. For oblique incidence, longitudinal bulk-like plasmon polariton modes are found in the neighborhood of the plasmon frequency along the optical axis and anisotropy leads to the unfolding of nearly dispersionless plasmon–polariton bands either above or below the plasmon frequency. Moreover, it is shown that, even in the presence of loss/absorption, these plasmon polariton modes do survive and, therefore, should be experimentally detected.