利用多馈源激励改善混响室的场均匀性

 研究了多馈源激励对混响室内场分布的影响。根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了混响室内场分布的影响因素;通过对比电场的最大值、分布标准差及各向同性等统计特征,重点研究了多馈源激励对腔体内场分布的影响。研究结果表明:采用多馈源激励可以有效地提高场均匀性,有利于构造均匀的电磁场环境。同时也证明了利用该方法在混响室中研究高功率微波效应的可行性。     

短脉冲激励的混响室设计

根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了对混响室内场特性有影响的因素;结合混响室的参数要求,对混响室模型的设计进行了研究,并确立了适用于短脉冲激励下的混响室的场均匀性分析指标;通过对比电场分布的均匀性,重点研究腔体形状和源搅拌方法对腔体内场分布的影响,采用连续10次移动激励源的方法可以将场分布标准差降低约0.4 dB。数值模拟结果表明:采用类似复杂腔的结构,在矩形腔的基础上引入若干复杂结构,可以有效地提高场分布的均匀性,有利于在腔内构造均匀的电磁环境;证明了连续移动激励源位置这一源搅拌方法的可行性,通过该方法可以有效地提高场分布的均匀性。     

源搅拌对混响室场均匀性的改善

 研究了在短脉冲波激励下,源搅拌方法对混响室内场分布的影响效果。分析了混响室内场分布特征的影响因素,得到了影响源搅拌的相关参量。研究改变激励源的位置对腔体内场分布的影响效果,主要对比了电场的最大值、分布标准差等电场统计特征。结果表明：通过连续地移动激励源对场分布进行搅拌,混响室内的电场最大值可以达到约6.7 kV/m,而且场值的空间分布标准差降至3 dB以下,能量分布也更加均衡。因此,采用源搅拌方法可以有效地改善腔内的场分布,提高场分布的均匀性,有利于构造均匀的电磁场环境。     

基于柔性屏蔽材料混响室的设计与应用

利用柔性屏蔽材料不平整性使屏蔽腔内场环境易于满足各向同性、均匀分布、随机极化统计特征的特点,研究了三种不同柔性屏蔽材料搭建的模式搅拌混响室的可行性。在Z字形搅拌器的作用下通过测量得到低频场均匀性和高频归一化电场的概率密度函数,根据IEC 61000-4-21-2011标准和理想混响室模型验证了所搭建混响室的有效性。在此基础之上,通过实验测量分析了搅拌器转速、天线高度、天线位置对归一化电场概率密度函数(PDF)的影响,并利用所搭建混响室对加载开孔电大金属腔的电磁屏蔽效能进行了测试。研究结果表明利用柔性屏蔽材料搭建混响室具有较好的可行性。     

开槽管微波腔中微波场分布初步研究

开槽管微波腔已被用于铷原子频标,但是其中的微波场分布尚不清楚. 利用高频结构仿真软件(HFSS)获得了开槽管微波腔内微波场的分布,利用激光-微波双共振方法实现了微波腔场分布的实验测量,所得结果与理论结果一致. 研究结果表明,腔内微波场磁力线呈轴向分布,这表明该种微波腔是适用于原子频标的. 研究结果还表明,腔内微波场存在明显的空间不均匀性,这会导致一些区域的原子不能充分利用,限制原子的钟跃迁信号强度. 因此,现有的开槽管腔结构还有改进的余地.     

S波段相对论速调管放大器输入腔的3维分析与模拟

 利用3维软件设计了适用于S波段相对论速调管放大器的单重入输入腔,该腔体采用了偏心设计,以便减小耦合孔处的不均匀场对腔间隙场的影响,分析了腔体耦合孔尺寸对腔间隙场均匀性的影响;建立了带输入波导结构的3维输入腔开放腔模型,并应用此模型,采用3维PIC程序模拟了注入微波功率、束直流对输入腔间隙后束流调制的影响。研究结果表明：耦合孔尺寸对腔间隙电场均匀性影响较大,当耦合孔离轴越近时,腔间隙场越不均匀;在结构参数和束参数固定的条件下,基波电流调制深度随着间隙电压的增加而增加,但达到最大基波调制电流的漂移距离几乎不变;在结构参数和注入微波参数固定的条件下,束直流越大,达到最大基波调制电流所需的漂移距离越短。研究结果为腔体的设计和输入腔束流调制实验提供了参考依据。     

边界形变混响室设计与性能评估

使用微扰理论分析了腔体形变对谐振频率漂移的影响规律,从理论上论证了边界形变混响室的可行性,计算得到了边界形变参数对混响室空间电场均匀性的影响规律;采用了一种由柔性屏蔽布作为腔体材料、步进电机控制腔体表面形变的边界形变混响室设计方法,并对研制的几何尺寸为2.5 m×1.8 m×1.5 m的混响室的内部电场统计特性进行了试验测试。结果表明:混响室内部电场服从Rician分布,且随频率升高与理论模型的一致性变好;当形变幅度达到400 mm时,腔体内部电场扰动比大于20 dB,空间电场标准偏差小于3 dB,满足电磁兼容对混响室平台均匀性的限制要求。     

双路微波耦合反应腔的等离子体发射光谱分析

反应腔作为微波等离子体化学气相沉积法制备光纤预制棒的核心,其结构直接影响到反应腔内的电磁场分布,进而影响到等离子体状态,因此对反应腔的结构进行研究是十分有必要的。为了在反应腔中获得较高密度和较好均匀性的等离子体,提出了一种双路微波耦合反应腔结构,首先模拟计算了不同反应腔结构参数下反应腔内的电场分布规律,并以氧气作为工作气体,通过等离子体发射光谱探究了反应腔结构和工作气压对石英管内的等离子体分布的影响。研究结果表明:双路微波输入方式在石英管中心区域产生了很强的电场耦合增强效果。反应腔的内径对电场分布状态影响较大,在反应腔内径为86 mm时,石英管内的电场分布出现轴对称性,且轴向中心区域的等离子体密度最大。在两路矩形波导的距离为61.2 mm和反应腔的长度为202 mm时,反应腔内等离子体的强度和均匀性具有最佳分布。另外还发现,当气压从1.8 kPa上升到2.8 kPa时,反应腔内等离子体光谱强度减小,但靠近石英管内壁处的变化不明显,这与等离子体中粒子碰撞几率增加造成的能量损失和管壁存在的高温有关。     

带状注速调管高频结构的初步研究

 利用3维软件设计并模拟了适用于X波段高功率带状注速调管的“Ⅱ”形谐振腔，根据模拟结果分析了腔体各尺寸对电场均匀性的影响；建立了平面对称结构的3维高频互作用系统模拟平台，应用此平台讨论了扼流器法和漂移管窄壁开槽法这两种抑制漂移管中非工作模式的方法；分析了漂移管的尺寸及漂移头对谐振腔内场分布的影响。研究表明：波导高度、耦合腔宽度和高度对带状注速调管谐振腔间隙的电场均匀性影响较大；而波导长度和宽度、耦合腔长度对该电场均匀性影响不大；腔体连接处加上漂移头可使场分布更加集中；该型带状注速调管谐振腔能够产生均匀的电场，为提高注波互作用效率奠定了基础。     

频率搅拌混响室原理及应用

从理论上分析了混响室采用频率搅拌的可行性,仿真计算和试验测量了频率搅拌混响室内部电场的均匀性和统计特性,探索了在屏蔽效能测试中的应用。研究结果表明:频率搅拌方法能够得到空间统计均匀的电场分布,电场直角分量的模值服从瑞利分布,并且频率越高电场的均匀性和统计特性越好。在频率搅拌混响室内部测试得到开缝小尺寸屏蔽体在1~10GHz频段的屏蔽效能约为15dB,与机械搅拌混响室测试结果基本一致。     

混响室频率搅拌方式及其场环境特性分析

从本征模的角度阐明了频率搅拌技术的混响原理,并根据激励信号的频域特征,系统研究了频率搅拌方式下获取"实时均匀场"与"统计均匀场"的三种有效实现途径。选取线性扫频这一搅拌方式为主要研究对象,检验了混响室频率搅拌下的最低可用频率、场均匀性与统计特性三项主要技术指标。试验结果表明:线性扫频搅拌方式下,混响室的最低可用频域与机械搅拌方式基本一致;场均匀性满足IEC 61000-4-21标准规定的容差要求;场值波动规律符合理论分布模型。     

Improving sound diffusion in a reverberation tank using a randomly fluctuating surface

Underwater reverberation environments that satisfy the conditions of uniformity and isotropy of the diffuse field can be used to measure the acoustic characteristics of underwater targets. This study combines two practical indicators — the standard deviation of the absolute sound pressure field (to indicate uniformity) and the analysis of the wavenumber spectrum in the spherical harmonics domain (to indicate isotropy) — for an accurate evaluation of the diffusion of the sound field in a reverberation tank. A method is proposed that can improve the narrow-band diffusion of the sound field by employing a randomly fluctuating surface. An acoustic experiment was performed in a reverberation water tank (1.2 m×1 m×0.8 m), where a randomly fluctuating surface was generated by making waves. The experimental results show that as the wave motion contributes effectively to the random reflection of sound rays in all directions, the uniformity and isotropy are improved significantly when the surface is fluctuating randomly. This work helps to ensure accurate measurements of the characteristics of underwater targets in reverberation tanks.     

新型矿灯二次配光系统的仿真研究

将光纤照明技术运用到矿灯领域中,需要根据光纤照明的特点设计相应的二次配光系统,以满足实际配光的需求。利用光学仿真软件TracePro开展了对新型光纤LED矿灯系统的二次配光问题的仿真研究。配光器件主要采用单个反光腔、透镜及其组合。从反光腔形状、深度和口径、透镜类型和尺寸等方面入手,探讨了各个因素对配光效率、光斑大小、光照均匀度的影响。通过对仿真结果的比较和分析发现,反光腔主要影响配光效率,而透镜主要影响光照均匀度和光斑大小。得到了合适的新型光纤-矿灯的二次配光系统,即锥形腔配合菲涅尔透镜。结果表明,该组合具有配光效率高、光照度均匀、光斑大小适中、实际尺寸小、方便井下作业等优点。     

Length scales and polarization properties of annular standing waves in circular broad-area vertical-cavity surface-emitting lasers

It is shown that the ‘flower-like’ emission patterns along the perimeter of broad-area circular vertical-cavity surface-emitting lasers can be interpreted in a first approximation as annular standing waves. Their modulation period follows the dispersion relation of tilted plane waves for a plano-planar cavity. For high enough divergence angle, they show a very peculiar polarization behavior of radial polarization in near field and azimuthal polarization in far field. The polarization selection is qualitatively explained by the breaking of the isotropy between s- and p-components for waves propagating off axis in the Bragg reflectors.     

黏性各向异性磁流体Kelvin-Helmholtz不稳定性:二维数值研究

利用corner transport upwind和constrained transport算法求解非理想磁流体动力学方程组,对匀强平行磁场作用下,黏性各向异性等离子体自由剪切层中的Kelvin-Helmholtz不稳定性进行了数值模拟.从流动结构、涡结构演化、磁场分布、横向磁压力、抗弯磁张力等角度对各向同性和各向异性黏性算例结果进行了讨论,分析了黏性各向异性对Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响.结果表明,黏性各向异性比黏性各向同性更利于流动的稳定.其稳定性作用是由于磁感线方向上剪切速率降低导致界面卷起程度和圈数的降低,并使卷起结构中小涡产生增殖、合并,破坏了涡的常规增长,从而导致流动的稳定.黏性各向异性对横向磁压力的影响比对抗弯磁张力更大.     

裂隙介质中纵波地面地震记录模拟及特征

利用纵波检测地层中的裂隙是油气勘探、工程探测等领域中的主要方法，也是地球物理领域中的难点，在各向同性介质的背景上，因存在裂隙而形成的散射作用，使接收的波场复杂化，为了正确认识裂隙介质中地震波场特征，以声波方程为基础，为了提高计算精度，应用高阶(十阶)有限差分法求解数值解，给定裂隙介质地质模型和均匀层状介质地质模型，通过数值模拟得到地质模型的地面地震响应．在此基础上，进行分析对比，总结了裂隙介质中地震波场特征，在裂隙发育带顶、底，纵波地面地震记录波形特征均有明显的变化，这表明利用纵波动力学特征作裂隙检测是可行的。     

频率搅拌嵌套混响室场分布的统计特性

为明确频率搅拌方式下嵌套混响室内的场分布,在混响室电磁统计特性的基础上,对嵌套小室内外的场分布进行了理论研究,重点对小混响室开窗大小对场分布的影响进行了分析。当窗口为电大尺寸时,小混响室内外均服从瑞利分布;为电小尺寸时,参考车-车链路通信的统计特性,小混响室内部应满足双瑞利分布。在某大型混响室内,借助矢量网络分析仪,通过测试收、发天线间的散射参数S21,实现了样本数据的快速采集,并将样本数据与理论分布模型进行了拟合优度检验(KS检验),检验结果证明了假设分布的正确性。     

混响室的混沌特性及其场统计分布

采用有限元数值方法计算了理想和实际结构混响室的本征频率,将其本征频率间隔分布与量子混沌理论不同系综的理论分布进行对比分析,证明了实际结构混响室的系综为高斯正交系综,混响室为混沌系统。在此基础上,利用随机平面波假设将理想金属混响室内电场矢量本征函数表示为随机平面波的线性叠加,进而将混响室内电场表示为与横电磁波两种可能的极化方式对应的矢量本征函数展开式。根据矢量本征函数的概率分布得到了电场任一笛卡尔坐标分量服从2自由度的Rayleigh分布,总场服从6自由度的Rayleigh分布。用ETS HI-6105光纤电场探头对某混响室进行了电场分量值测量,比较了测量数据与理论模型的累积概率分布。结果表明,试验结果与理论模型符合较好,证明了电场统计分布模型的有效性。