非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明：非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式|TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小|非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象|特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

 根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS，ISFELD3D， CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM₆₁₀及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM₆₁₀模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域，谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM₆₁₀模式的特点，采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM₅₁₀模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM₅₁₀模式，该吸收腔基模TM₀₁₀的谐振频率等于TM₅₁₀的谐振频率。模拟表明：TM₅₁₀模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉，Q值从15 604下降到571。     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

Al2O3薄膜/纳米Ag颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman散射光谱研究

Al₂O₃介质薄膜与纳米Ag颗粒构成的复合结构,被应用于表面增强Raman散射探测实验中,其中Al₂O₃介质薄膜对纳米Ag颗粒的吸收谱及增强Raman散射光谱的影响被特别关注.该复合结构的光学特性表征出纳米Ag颗粒的偶极振荡特性.从光吸收谱中可以看到,其共振吸收谱随Al₂O₃介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移,表明纳米Ag颗粒的周围介电常数随Al₂O₃介质薄膜厚度的增加而增大.采用罗丹明6G作为探针原子,6个Raman特征峰的平均增益值作为表征表面增强Raman散射衬底增益程度的量度.实验结果表明,Al₂O₃介质薄膜层的引入提高了纳米Ag颗粒的衬底介电常数,并引起了散射共振的增强,从而使表面增强Raman散射强度提高.     

渐变段倾角对渐变复合腔特性影响的分析

 利用模式耦合理论,在考虑多模耦合的情况下,对渐变结构复合腔进行了冷腔分析,计算了H₅₁-H₅₂模式对下,各个模式的耦合及场幅值分布情况,分析了渐变段的倾角对渐变复合腔的Q值及场幅值分布的影响。研究表明：渐变段的倾角对渐变结构复合腔的高频特性有很大的影响,特别是各模式的场分布及Q值,合适地选择渐变角度,能使场幅值放大率比较大,这将有利于提高注-波互作用效率。     

介质加载回旋行波管互作用结构

 分布式介质加载技术已被成功应用于回旋行波管的高频结构,该结构对于回旋行波管的自激振荡起到很好的抑制作用。对采用分布式介质加载的Ka波段,工作模式为TE₀₁模的回旋行波管进行了稳定性分析;计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗,以及不同传播损耗下工作模式的起振电流;对不同介质加载条件和工作电流,给出了三个主要寄生模式的起振长度;在对介质加载回旋行波管工作和寄生模式稳定性综合分析的基础上,确定了介质加载厚度及相对介电常数等参数。利用优化设计的高频结构及介质加载参数,进行了整管热测实验,得到了输出功率160 kW,饱和增益40 dB,效率22.8%及3 dB带宽5%的回旋行波管。     

亚纳秒脉冲传输线损耗分析

 脉冲传输线的介质材料选择和参数设计对传输线的损耗具有至关重要的影响,根据分布参数理论和电磁场微波理论,给出环氧玻璃纤维FR-4和聚四氟乙烯F₄B两种材料的损耗计算公式,在微带特性阻抗为50Ω,工作频率为10GHz时,FR-4和F₄B的介质衰减系数分别为0.095 dB/cm和0.0023dB/cm;当微带厚度为18μm,介质材料厚度为0.25mm时,FR-4和F₄B的导体衰减系数分别为0.0499dB/cm和0.0357dB/cm。数值计算和仿真结果表明,F₄B材料传输线的介质损耗和导体损耗相对较低,是一种较好的介质材料,选择合适的介质材料厚度可保证损耗较低且电路体积不至于过大。     

部分填充手征等离子体波导的电磁波

 把麦克斯韦方程和电磁场分解成横向和纵向分量, 导出了简明的一般性的手征等离子体填充的任意截面波导的波动方程和横向纵向场的关系式。对于部分填充手征等离子体波导, 导出了它的色散方程。这一方程的数值解给出了HE₁₁, EH₀₁和HE₂₁模式的色散图。随着手征等离子体填充面积的增大, EH₀₁模式的色散曲线向更高的频率移动。随着手征导纳的增加, 传播常数减小。     

光子晶体缺陷模的带宽与品质因子研究

利用光学传输矩阵法研究了结构参量对缺陷态光子晶体的缺陷模带宽和品质因子的影响.研究发现,当缺陷介质层厚度h₀的值较小时,缺陷模的带宽很小且基本保持不变;当h₀较大时,缺陷模的带宽随h₀的增加而快速增加.另外发现,缺陷模的品质因子在某个h₀处取最大值.但是总体上看,h₀较小时的品质因子要远大于h₀较大时的品质因子.此外,缺陷模的品质因子随光子晶体的周期数增加而急剧增加约4.788倍,而带宽则随周期数的增加而急剧减少约4.788倍.当周期数为13时就可以获得10⁹以上的品质因子值和小于10^-9的相对带宽值.     

含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析

采用分区求解场及边界场匹配方法推导出含有吸收介质波导的色散方程及突变结构高频腔体混合模式的场匹配方程。将解析分析与数值计算结合，对回旋速调管放大器高频腔体进行了数值计算，研究了吸收层对波导传播、衰减特性及谐振腔的谐振特性、损耗特性、Q值、场分布的影响。给出了数值模拟主要结果。 关键词： 吸收介质 场匹配 混合模 谐振腔 高功率微波     

MIM结构的SPP模式理论与仿真计算研究

为了进一步明确MIM （Metal-insulator-metal）波导结构的SPP （Surface plasmon polariton）模式特性,建立了MIM结构的SPP模式关系、激发系数和反射系数的理论模型。仿真数值计算结果表明：较大的介质厚度的TM基态模式衰减超过了振荡模式衰减,与传统的介质波导明显不同;TE模式表现为失真的介质光波导模式特性,其传播距离要远大于TM₀;MIM结构中腔的Q值随着长度增加而增大,表明了SPP反射受限;腔的品质因数改变与端面关系密切;MIM波导可以在具有更大Q值下确保光波更好地耦合成需要的SPP模式。     

共轴环光子晶体的缺陷微腔特性

 采用数值计算方法,模拟了共轴环光子晶体缺陷微腔的谐振模式场分布,计算了此微腔的品质因数和功率损耗,并分析其几何参数对谐振特性的影响。以此缺陷微腔为基础构建周期性慢波系统,讨论了该系统的色散特性。结果表明,微腔中能够存在单一的谐振模式,微腔的纵向长度和介质环介电常数对谐振特性影响较大。所构建的慢波系统有较宽的慢波频域,且慢波比曲线较为平坦。增大电子注开孔半径和减小周期长度对于提高工作频率及增加带宽较为有效。     

基于TM010模介质谐振腔的小型化腔体滤波器

现用于4G基站的介质腔体滤波器都采用TE_01δ模介质谐振腔,虽然其品质因数Q值很高,但体积较大。为了小型化介质腔体滤波器,创新性地使用了TM₀₁₀模介质谐振腔,虽然其Q值比较低,但同样能满足高带外抑制的要求。对TM₀₁₀模介质谐振腔的端口耦合和两腔之间的磁耦合、电耦合进行分析研究,创新性地使用了介质窗的形式产生电耦合,避免了使用飞杆,易于加工,降低制造成本。最后设计了一个8腔TM₀₁₀模准椭圆函数介质腔体带通滤波器,在通带(TD-LTE频带,2570~2620 MHz)两端分别设计两个传输零点以提高带外抑制。调试结果表明,TM₀₁₀模介质腔体滤波器不仅能满足低插损、高带外抑制的要求,而且其体积大幅度缩小。     

Ku波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计

高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。     

D波段双球镜准光系统测量低耗介质

采用双球镜准光腔、频谱仪和锁相返波管组建了D波段低损耗介质测试系统,该系统通过频谱仪和外置谐波混频器得到腔体谐振测试数据,并用拟合或积分方法从谐振曲线中求解出准光腔的品质因数。测得双球镜开腔的固有品质因数大于8105,使该系统在工作波段可测量损耗角正切为10-5量级的低损耗介质。用该系统测出的石英、人造金刚石和蓝宝石的介电常数和损耗,与报道的结果一致,并测得4H-SiC在132.07 GHz的介电常数实部为9.598,损耗角正切为6.110-5。     

回旋速调管调制腔模拟分析

 多腔回旋速调管中的调制腔采用内外腔同轴结构,对回旋电子注角向群聚起着关键作用。用场匹配理论及HFSS软件对调制腔冷腔特性进行了研究,对多种输入结构、耦合缝尺寸和方位、腔体长度、半径进行了模拟。分析表明,耦合狭缝中心线与输入波导轴线成45°,耦合缝长度达到0.72时,内外腔储能比值达到41.65;耦合缝尺寸对腔体Q值影响较大,但并非呈简单线性关系,并且Q值对缝长的变化比缝宽的变化要敏感得多;而狭缝尺寸变化对谐振频率的影响不大;计算了内外腔储能,得到了模式转换效率高、内外腔储能比高、性能优良的调制腔。     

Ku波段开腔电介质高温自动测量系统

 介绍了一种测量低损耗天线罩材料的开腔高温自动测量系统。该系统采用扫频方式程控标量网络分析仪对开腔进行扫频测量,得到介质加载前后腔体的谐振频率与Q值,并由此计算出被测材料的介电常数和损耗角正切;介质采用特制硅碳管加热,由温度控制器对其控制,最高温度可达1 000 ℃以上。用此系统对聚四氟乙烯和一种低损耗天线罩材料进行测量对比。结果表明,测得的聚四氟乙烯结果与文献结果相近,天线罩材料相对介电常数的实部随温度升高而增加。     

On the influence of spatial hole-burning on mode selection and mode synchronization in a CW laser

The influence of spatial saturation modulation of both the amplifier and absorber in a laser with a Fabry-Perot resonator, and of the associated Bragg-reflection, on the frequency-dependent losses necessary for single-frequency operation, as well as on the frequency synchronization of three modes, has been examined. Conditions for mode selection and mode synchronization are given. To achieve single-frequency operation in a laser with a Fabry-Perot resonator the loss difference between the mode to be selected and modes to be quenched has to be proportional to the Bragg losses of the selected mode suffered by its self-induced grating. The proportionality factor depends on the length and position of the amplifier in the cavity. In the case of a short amplifier and a short absorber inside the resonator, the discussion of conditions for synchronization of three modes shows that the synchronization regime is also determined by the position of the absorber.