等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析

利用磁化等离子体介电张量和纵向场分量法对任意大小轴向磁场中等离子体填充耦合腔慢波结构进行场分析，得到磁化等离子体填充电子注通道电磁波场分量的轴对称精确解.在此基础上，建立耦合腔分区模型、采用场匹配方法建立色散方程，并数值计算得出不同等离子体密度及磁场下的耦合腔色散曲线.对不同密度等离子体填充情况下的耦合腔色散特性、混合模式的形成机理以及等离子体空间电荷波进行了分析讨论. 关键词： 耦合腔慢波结构 等离子体 混合模式 色散特性     

相对论磁化运动等离子体的介电张量

 定义了相对论磁化运动等离子体(MMP)的物理模型。利用微扰理论导出了系统的介电张量，研究发现，MMP具有完全不同于静态磁化等离子体介电张量的形式。对电磁波沿轴向传播的情况进行了数值模拟计算，结果表明，系统的共振频率随等离子体密度的增加而非线性增加，在相同的条件下，右旋波的共振频率高于左旋波的共振频率。对于传播的右旋电磁波，增加纵向磁场，共振频率提高，而对于左旋电磁波，增加纵向磁场，共振频率降低。     

弱电离尘埃等离子体的介电张量研究

忽略磁场作用,通过求解含BGK碰撞项的Boltzmann方程和尘埃粒子充电方程导出了弱电离尘埃等离子体介电张量的表达式.证明了“冷”尘埃等离子体的纵向介电张量系数与横向介电张量系数相等.完善了弱电离尘埃等离子体电磁特性的理论模型. 关键词： 弱电离尘埃等离子体 Boltzmann方程 充电方程 介电张量     

非热离子对非均匀碰撞热尘埃等离子体中三维孤波的影响

从理论上研究了非热离子、外部磁场、碰撞对非均匀热尘埃等离子体中三维非线性尘埃声孤波的影响。运用约化摄动法得到描述三维非线性尘埃声孤波的非标准的变系数Korteweg-de Vries(KdV)方程。然后把非标准KdV方程变为标准的变系数KdV方程,并且得到了标准的变系数KdV方程的近似解析解。由此解析解可以看出,非热离子的数目、碰撞、非均匀性、波的斜向传播、尘埃颗粒和非热离子的温度对三维非线性尘埃声孤波的振幅和宽度有很大的影响。外部磁场对三维非线性尘埃声孤波的宽度有影响,而对其振幅没有影响。此外,波的相速度与非热离子、波的斜向传播、尘埃颗粒的温度和非均匀性有关。     

弱相对论等离子体横向扰动下的离子声孤波

在低阶近似下，得到了描述无磁场相对论热离子等离子体的KP(Kadomtsev-Petviashvilli) 方程.研究表明，相对论热离子等离子中的非线性离子声孤波在高阶横向拢动下是稳定的， 且在相对论热离子等离子体中仅存在压缩型孤波. 关键词： 离子等离子体 孤波 声波 约化摄动法     

绝热电荷扰动对非均匀热尘埃等离子体中三维孤波的影响

尘埃颗粒上不断有电子流和离子流的出入以及二次电离、光电离等因素,所以尘埃颗粒上的带电量不是一个常量而是随着时间和空间变化的,因此尘埃电荷成为尘埃等离子体中的一个新的动力学变量,研究其对等离子体中各类非线性过程的作用成为尘埃等离子体物理中的一个重要课题.当今对于非均匀尘埃等离子中非线性波的研究大多数都集中于一维,对于三维非线性波的研究非常少.基于这种情况,在考虑非均匀性、尘埃颗粒绝热电荷扰动以及外部磁场等物理因素的情况下,运用约化摄动方法得出描述三维孤波的变系数的Korteweg-de Vries(KdV)方程.由结果可以看出,非均匀性、电荷扰动、外部磁场、斜向传播、尘埃温度对三维非线性波的传播有着极大的影响.利用适当的变换,得到了变系数方程的近似解.     

高温等离子体中太赫兹波的传输特性

通过解析方法研究了高温等离子体的太赫兹波传输特性.研究发现,高温等离子体对太赫兹波高频频段透过率较高,表现为通带;对低频频段透过率较低,表现为阻带.这与冷等离子体中电磁波的传输特性是一致的.但其透射率还受到温度与磁场的影响,当改变高温等离子体的电子温度与磁场时,在阻带内会产生一尖锐的透射峰.这种现象在冷等离子体模型中从来没有出现过.本文主要对电子温度和外加磁场两个影响因素进行讨论.研究发现,禁带内出现的透射峰频率受磁场影响,而峰值幅度受温度影响.计算得到了不同外加磁场条件下产生高透过率(透射率约为1)时的电子温度.基于该结果进一步研究了透射峰出现的规律,并通过曲线拟合的方法得到了透射峰频率所遵循的计算公式.数值结果表明透射峰频率与外磁场之间为正比例函数关系,而峰值电子温度取值与外磁场的关系表现为指数规律.最后对拟合得到的方程采用时域有限差分法进行了验证,数值结果与解析解符合较好,证明了该研究的正确性.     

电子温度各向异性对螺旋波等离子体中电磁模式的传播及功率沉积特性的影响

采用考虑粒子温度各向异性热等离子体介电张量模型,借助磁化、均匀密度分布等离子体中电磁波的一般色散关系,在低磁场、低气压螺旋波等离子体典型参量条件下,理论分析了电子温度各向异性对电磁模式传播特性和角向对称模功率沉积的影响.研究结果表明:对于给定的纵向静磁场B₀(或波频率ω),存在一个临界波频率ω_cr(或纵向静磁场B_0,cr),当ω>ω_cr(或B₀0,cr)时,电子回旋谐波遭受的阻尼开始显著增大;相比粒子温度各向同性情形,粒子温度各向异性彻底改变了波的传播特性,即相位常数和衰减常数均出现峰值现象;在考虑电子有限拉莫尔半径效应和电子温度各向异性情形下,Trivelpiece-Gould (TG)波碰撞阻尼在整个电磁波功率沉积中占据主导地位,电子纵向温度T_e,//存在某一临界值,在此临界值处TG波功率沉积出现峰值P_abs,TG,且随着T_e,⊥/T_e,//的减小,...     

螺旋剪切磁场中等离子体的电磁波方程

本文用线性代数方法给出了周期性直柱近似下，有螺旋剪切磁场和径向非均性存在的托卡马克等离子体中，电磁波方程在柱坐标系下的展开式。由此带来的介电张量修正用矩阵变换实现。此种方法适用于研究各种频段上的加热波在等离子体中激发的电场矢量。     

磁场对螺旋波等离子体波和能量吸收影响的数值研究

本文考察在径向电子数密度呈抛物形分布的情况下,外加稳恒磁场,射频通过螺旋波天线在等离子体中激发电磁波的传播性质.采用线性扰动波假设,数值求解Maxwell方程组,得到80—800 G(1 G=10-4T)磁场条件下等离子体中径向电、磁场强度及能量沉积密度的分布情形.计算结果表明,磁场增大(80→800G)时,螺旋波受到的阻尼较小,可深入等离子体传播;Trivelpiece-Gould(TG)波受到的阻尼增大,在等离子体-真空边界处衰减增强;整体的能量吸收向边界集中.磁感应强度小于100 G时,TG波可深入主等离子体区传播,等离子体径向能量吸收相对均匀.     

The form-invariance of wave equations without requiring a priori relations between field variables

According to the principle of relativity,the equations describing the laws of physics should have the same forms in all admissible frames of reference,i.e.,form-invariance is an intrinsic property of correct wave equations.However,so far in the design of metamaterials by transformation methods,the form-invariance is always proved by using certain relations between field variables before and after coordinate transformation.The main contribution of this paper is to give general proofs of form-invariance of electromagnetic,sound and elastic wave equations in the global Cartesian coordinate system without using any assumption of the relation between field variables.The results show that electromagnetic wave equations and sound wave equations are intrinsically form-invariant,but traditional elastodynamic equations are not.As a by-product,one can naturally obtain new elastodynamic equations in the time domain that are locally accurate to describe the elastic wave propagation in inhomogeneous media.The validity of these new equations is demonstrated by some numerical simulations of a perfect elastic wave rotator and an approximate elastic wave cloak.These findings are important for solving inverse scattering problems in many fields such as seismology,nondestructive evaluation and metamaterials.     

Analysis and Calculations on Dispersion Relation and Coupling Resistance of Periodic Plasma-Cavities

The plasma tensor dielectric permittivity and electromagnetic field accurate expressions in the external axial magnetic field are obtained from the Maxwell’s equations and the double component plasma particle linear movement equations. Further, the flux of energy inside the plasma-cavity drift channel is presented. Based on them, some of the property of cavity passband dispersion and coupling resistance of plasma-filled coupled-cavities slow wave structure in different plasma density and magnetic field conditions is analyzed according to the numerical calculation.     

电离层与卫星通信

利用电子流体动力学方程和麦克斯韦方程组推导了等离子体的特征频率、折射率，并讨论了电磁波在等离子体中传播的基本条件，从而得出了卫星通信的基本电磁学条件．     

平面横电磁波模的初值问题

经典理论所描述的电场和磁场处处同相的平面电磁波模并不存在.Maxwell方程组的解依赖于 电磁场的初始值或边界条件,根据不同的初始条件解得的平面电磁波模是不同的.结果表明 ,平面电磁波是横波,在不同的位置,由变化的电场激发的磁场或由变化的磁场激发的电场 振幅不同,电场与磁场的相位差也不同. 关键词： Maxwell方程组 最优微分方程 初始条件 平面电磁波     

Nonlinear Evolution of Driven Electron Plasma Oscillations in Inhomogeneous Plasmas

ＮｏｎｌｉｎｅａｒＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＤｒｉｖｅｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｌａｓｍａＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｉｎＩｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓＰｌａｓｍａｓ￥ＳＨＥＮＧＺｈｅｎｇｍｉｎｇ；ＸＵＺｈｉｚｈａｎ；ＹＵＷｅｉ；ＭＡＪｉｎｘｉｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎ...     

Wave growth rate in a cylindrical metal waveguide with ion-channel guiding of a relativistic electron beam

This paper addresses the formulae and numerical issues related to the possibility that fast wave may be grown when a relativistic electron beam through an ion channel in a cylindrical metal waveguide.To derive the dispersion equations of the beam-wave interaction,it solves relativistic Lorentz equation and Maxwell’s equations for appropriate boundary conditions.It has been found in this waveguide structure that the TM 0m modes are the rational operating modes of coupling between the electromagnetic modes and the betatron modes.The interaction of the dispersion curves of the electromagnetic TM 0m modes and the upper betatron modes is studied.The growth rates of the wave are obtained,and the effects of the beam radius,the beam energy,the plasma frequency,and the beam plasma frequency on the wave growth rate are numerically calculated and discussed.     

平面电磁波性质的推导与讨论

简洁推导平面电磁波的基本关系式并由此讨论平面电磁波的性质．     

电磁波在等离子体中的非线性吸收衰减

研究平面电磁波在等离子体中的非线性吸收衰减.首先应用电磁波在等离子体中传播的极化理论得到非线性介电函数,进而求出了考虑非线性情况下的波矢.采用垂直入射具有金属衬底的均匀等离子体模型,对不同入射频率的电磁波的衰减以及总出入射功率比进行了数值模拟.与只考虑线性情况的结果作了比较,结果显示非线性项在研究过程中所起的作用是不可忽视的.     

A three-dimensional time-dependent theory for helix traveling wave tubes in beam-wave interaction

This paper presents a three-dimensional time-dependent nonlinear theory of helix traveling wave tubes for beamwave interaction.The radio frequency electromagnetic fields are represented as the superposition of azimuthally symmetric waves in a vacuum sheath helix.Coupling impedance is introduced to the electromagnetic field equations’ stimulating sources,which makes the theory easier and more flexible to realize.The space charge fields are calculated by electron beam space-charge waves expressed as the superposition solutions of Helmholtz equations.The focusing forces due to either a solenoidal field or a periodic permanent magnetic field is also included.The dynamical equations of electrons are Lorentz equations associating with electromagnetic fields,focusing fields and space-charge fields.The numerically simulated results of a tube are presented.