速调管双间隙双耦合口输出结构

基于等效电路理论,提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件,设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后,将两者的阻抗频率特性进行比较,通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸,可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。     

三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

 为扩展速调管输出回路的带宽，进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论，说明了实现三模重叠的可能性，采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3 GHz的输出回路为例，建立了3维计算模型，给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性，结果表明：此输出回路2 dB相对带宽接近15%，加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。     

双间隙同轴腔加载波导滤波器输出回路设计

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合,利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟,研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。     

宽带相对论速调管放大器模拟设计

设计了一种用于S波段、工作带宽10%的相对论速调管放大器结构。该宽带管采用多间隙输入腔、两个中间腔和重叠模双间隙输出腔来拓展相对论速调管放大器(RKA)群聚段和输出段的带宽, 模拟得到基波调制深度大于80%时, RKA群聚段和输出段的带宽分别为11%和15%。整管模拟时, 通过调节注入微波频率和功率, 得到最大功率1.58 GW、3 dB相对工作带宽10%、带内微波功率不小于1 GW的输出微波。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

三间隙耦合腔输出回路的等效电路

 给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路,利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发,结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制,并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性,从而调整电路参数,使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。     

C波段50 MW行波输出速调管设计

设计了导流系数1.53 P的电子枪,枪内场强低于22.1 kV/mm,阴极平均负载小于6.3 A/cm2;采用部分屏蔽流均匀场电磁聚焦系统,实现了对电子注的良好聚焦;设计了C波段/2模盘荷波导行波输出结构,采用CST软件对其色散特性、耦合阻抗进行了计算分析。首先以单间隙输出腔代替行波输出结构对5腔注-波互作用系统进行计算,确定了前4腔的设计参数,然后采用PIC模拟软件对具有盘荷波导结构的输出系统进行了三维模拟,获得了大于50 MW的输出功率,效率大于45%,饱和增益大于50 dB,盘荷波导结构间隙电压比单间隙输出腔下降30%,效率提高4%。     

带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究

带状注扩展互作用速调管(SBEIK)结合了带状注速调管与扩展互作用速调管的优势,在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术潜力.本文提出了应用于SBEIK的五间隙哑铃型扩展互作用耦合腔输出回路的等效电路模型,获得了建立复杂多间隙扩展互作用腔的等效电路理论的方法.通过推导出的理论,快速确定了五间隙扩展互作用耦合腔的工作模式、谐振频率及间隙阻抗矩阵,由间隙阻抗的频率特性曲线快速估算出各模式对应的带宽,分析研究了耦合系数k以及Q e对于多间隙腔模式频率间隔及带宽的影响.此外,利用三维PIC仿真软件对相应的SBEIK五间隙输出腔高频特性进行了粒子模拟,结果表明,三维仿真获得的工作模式带宽特性与等效电路法计算结果基本一致,证明了本文所建立的等效电路方法的准确性和有效性.     

0.22THz宽带折叠波导行波管设计与实验

为了获得0.22THz宽带折叠波导行波管,对行波管的慢波结构和输入输出窗结构进行了宽带设计。通过理论分析和电磁仿真计算出合适的参数,使慢波结构在0.22THz工作点附近的色散曲线平坦,耦合阻抗变化小,模拟计算得到的慢波结构3dB带宽大于16GHz;通过对盒型窗结构及匹配段的优化计算,得到的输入输出结构在大于30GHz范围内S11参数小于-25dB。根据该设计进行了两轮制管和实验研究,得到了一支3dB瞬时带宽约8.8GHz,另一支3dB瞬时带宽大于12GHz的0.22THz折叠波导行波管,中心频率的峰值功率大于400mW。     

L波段金属光子晶体TEM-TE_(11)模式转换器实验研究

介绍了光子晶体模式转换器将TEM模转换为TE11模的验证实验测试结果。数值仿真得到中心频率1.31GHz上,该模式转换器转换效率大于99%;在1.27~1.376GHz频率上,模式转换器效率大于90%,相对带宽为8.1%。先后对其开展了微波暗室中的冷测实验以及在加速器平台上的热测实验,实验测试的辐射方向图结果与数值计算结果基本一致,输出微波模式均为典型的TE11模分布。热测实验表明所设计的模式转换器具有GW级功率容量。     

Physical peculiarities of wave propagation in coupled cylindrical slot lines

Wave characteristics in coupled cylindrical slot lines (CSL’s) of circular cross section are studied for the first time in the context of a rigorous electromagnetic theory. The wave spectrum splitting in symmetrical coupled CSLs for slot waves is discussed. Dispersion characteristics of waves in modifications of coupled CSL’s for different geometric parameters are analyzed. It is shown that one of the fast slot waves behaves as a wave in a quasiclosed waveguide, having very small losses in some frequency region. The mutual transformation effect of surface waves has been shown. Institute of Radiophysics and Electronics, Ukrainian National Academy of Sciences. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 40, No. 9, pp. 1172–1181, September, 1997.     

Wavelength demultiplexing structure based on arrayed plasmonic slot cavities

A compact wavelength demultiplexing structure based on arrayed metal-insulator-metal (MIM) slot cavities is proposed and demonstrated numerically. The structure consists of a bus waveguide perpendicularly coupled with a series of slot cavities, each of which captures SPPs at the resonance frequency from the bus waveguide and tunes the transmission wavelength by changing its geometrical parameters. A cavity theory model is used to design the operating wavelengths of the structure. Moreover, single band transmission of each channel and the adjustable transmission bandwidth can be obtained by altering the drop waveguide positions and the coupling distance. The proposed arrayed slot cavity-based structure could be utilized to develop ultracompact optical wavelength demultiplexing device for large-scale photonic integration.     

微波强耦合论

在本文中,作者尝试从耦合波的观点来研究电磁波通过两边有导电屏的长槽(即槽耦合波导系统)的衍射问题,提出一个实际求解这个边值问题的、建立在明皙物理概念上的理论。应用这个理论的观点,研究耦合波导问题,就和研究单一波导问题一样,能够采取相同的数学途径,这个途径就是正交函数的展开理论。这样,从来都是用不同方法来处理的两类波导传输问题,现在就能用统一的、联系的观点来分析。为了就明这个理论的具体应用,作者分析了用来完成矩形波导主波和低衰减圆电波之间功率转换的长槽定向耦合器,得出了一系列的计算基本参数的原始公式。文末指出了本文所提理论和方法的若干进一步应用。     

开缝压电圆环深海水听器

利用能量法得到了开缝压电圆环水中的谐振频率方程与电导纳曲线;通过构建开缝压电圆环低频接收状态等效电路图,推导了开缝压电圆环低频开路电压灵敏度;比较开缝压电圆环和整体圆环低频接收灵敏度,提出了利用开缝压电陶瓷圆环与溢流结构相结合设计深海水听器的思路;通过建立溢流式开缝压电圆环有限元仿真模型,探讨了开缝压电圆环的低频开路电压灵敏度与圆环结构参数的关系。经过仿真优化,研制了水中谐振频率600 Hz的开缝压电圆环深海水听器。水池声学测试与耐压测试结果表明,溢流式开缝压电圆环水听器在100~300 Hz频段内低频开路电压灵敏度最大值为-193.2 dB,最小值-197.9 dB,起伏-4.7 dB,耐静水压30 MPa;与采用相同尺寸压电元件的溢流圆环水听器相比,溢流式开缝压电圆环水听器的低频开路电压灵敏度提高20 dB;验证了本文提出的采用开缝压电圆环构建深海水听器的实用性。      

A three-mode microstrip resonator and a miniature ultra-wideband filter based on it

An original microstrip resonator design with a strip conductor split by a slot at one of its ends is investigated. It is demonstrated that at the optimal slot sizes, when the eigenfrequency of the second oscillation mode hits the center between the first and third oscillation modes, the resonator can work as a thirdorder bandpass filter. The structure formed from only two such resonators electromagnetically coupled by split conductor sections is a miniature six-order wideband filter with high selectivity. The test prototype of the filter with a central passband frequency of ~1.2 GHz and a passband width of ~0.75 GHz fabricated on a substrate ~(45 × 11 × 1) mm³ in size with a permittivity of 80 is characterized by minimum loss in a passband of 0.5 dB. The parametric synthesis of the filter structure was performed using electrodynamic analysis of the 3D model. The measured characteristics of the test prototype agree well with the calculated data.     

Induced transparency in nanoscale plasmonic resonator systems

An optical effect analogous to electromagnetically induced transparency (EIT) is observed in nanoscale plasmonic resonator systems. The system consists of a slot cavity as well as plasmonic bus and resonant waveguides, where the phase-matching condition of the resonant waveguide is tunable for the generation of an obvious EIT-like coupled resonator-induced transparency effect. A dynamic theory is utilized to exactly analyze the influence of physical parameters on transmission characteristics. The transparency effect induced by coupled resonance may have potential applications for nanoscale optical switching, nanolaser, and slow-light devices in highly integrated optical circuits.     

0.3 THz TM10, 1, 0模同轴耦合腔链

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔,讨论了TM_{m, 1, 0}模,TM_{m, 2.0}模与TM_{m, 1, 1}模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系,并给出了工作模式的选择依据。在此基础上,提出了一种新型的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链,使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真,并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明:对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链,采用TM_{10, 1, 0}模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗,但模式间隔较小,因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。     

小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器

针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求,提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性;然后根据谐振模式分布特性,设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,下层双模谐振器通过十字交叉槽线结构与上层谐振器耦合,可以实现三个传输零点;又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合,可以实现两个对称的传输零点。基于提出的两种平衡滤波器结构,分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器,并进行加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该结构可以实现小型化和高选择,并且具有很好的共模抑制特性。     

Tunable frequency selective surface with a shorted ring slot

In order to realize the tunable performance of a frequency selective surface (FSS), a new unit cell is designed in this paper by properly adding two metal shorts to the ring slot. Based on the spectral-domain method, the frequency responses of the FSS structure with two shorts per slot ring are analysed for both the horizontal and the vertical polarizations at the normal incidence. It is demonstrated that the presence of the metal shorts does not affect the resonant frequency of the horizontally polarized wave but doubles the resonant frequency of the vertically polarized wave. Therefore based on the analysis of the novel transmission properties, a new approach to adjusting the resonant frequency by rotating the FSS screen 90? is presented in this paper.     

用紧束缚方法描述光子晶体缺陷耦合的共振频率移动

通常采用含两个耦合参数的紧束缚近似，就能很好地描述光子晶体缺陷因耦合而导致的共振频率分裂.然而，缺陷耦合造成的共振频率移动，即包含奇数个缺陷的耦合系统的中央共振频率位置与原来单缺陷时的共振频率位置存在差异，则只有采用含三个耦合参数的严格紧束缚方法才能正确描述.根据耦合参数与共振频率的关系，利用三缺陷耦合系统的模拟计算结果确定了三个耦合参数的具体值，从而在理论上能够预言由任意个缺陷构成的耦合系统的共振频率的移动和分裂.理论预言与基于有限时域差分法的数值计算完全相符.