Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％. 关键词： 曲折双脊波导 高频特性 注-波互作用 带宽     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％.     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

一种宽带瓦量级交错双栅脊波导返波振荡器的研究

为满足太赫兹领域对大功率、宽带宽的太赫兹辐射源的需求,提出了一种新型交错双栅脊波导（RDSG）慢波结构。设计并优化了交错双栅脊波导返波振荡器的高频结构,同时对交错双栅脊波导和常规交错双栅的高频特性进行了仿真和对比,结果表明：当二者相速度接近时,交错双栅脊波导拥有更宽的“冷”通带带宽和更高的耦合阻抗。PIC仿真结果表明,在1 THz频段,交错双栅脊波导返波振荡器拥有超过175 GHz的可调谐带宽以及1.1 W的输出功率,比相同工作条件下的常规交错双栅结构输出功率了提高34%～42%。     

电磁波在波导中传播的一般讨论

电磁波在矩形波导中的传播问题在许多文献中都作了较详细的分析，本文着重讨论电磁波在平行双线、同轴电缆、三角形和圆形截面的空心波导中传播的波型和截止频率等问题。     

一种柱-锥盘荷波导的色散关系

 导出了柱-锥盘荷波导的色散方程，并通过数值计算分析了这种慢波结构的几何参数对相对论行波管运行频率和通带的影响，与柱形盘荷波导相比，这种慢波结构的上截止频率高于柱形盘荷波导,因此，可以得到较高的运行频率和较大的通带,为设计这种慢波器件提供了依据。     

硅基二氧化硅波导和SOI脊型波导应力双折射研究

采用有限元方法分析了硅基二氧化硅波导和SOI（Silicon on Insulator）脊型波导内部残留热应力引起的双折射.对于硅基二氧化硅波导,应力双折射系数的数量级为10－4,对于上包层为空气的SOI脊型波导,该系数的数量级为10－5,对于上包层为SiO2的SOI脊型波导,该系数的数量级为10－3,可见在硅基二氧化硅波导和上包层为SiO2的SOI脊型波导中产生了大的应力双折射,而在上包层为空气的SOI脊型波导中应力双折射较小.     

等离子体辅助平板波导的传输特性及应用研究

如何灵活地控制和操纵太赫波是目前研究的热点. 根据电磁波传输理论, 导出了等离子体辅助平板波导的场分布和色散关系表达式, 计算了其传输特性, 并通过全波仿真进行了证实. 结果表明, 等离子体辅助平板波导具有带阻特性, 上边带截止频率等于等离子体频率, 等离子体层越薄, 下边带截止频率越高, 带宽越窄; 阻带内存在两种不同的物理机理, 一种与等离子体和中间媒质的谐振耦合有关, 另一种与表面波的形成有关. 此外, 本文还研究了等离子体频率及碰撞频率对传输特性的影响, 提出了通过改变等离子体频率调谐平板波导滤波器特性的方法. 同时, 采用褶皱金属结构实现了等离子体层, 设计了平板波导传感模型, 通过改变凹槽内的材料的介电常数仿真了其传感特性, 结果表明当材料的介电常数变化0.1%时, 平均截止频率变化1.8 GHz; 通过检测截止频率的变化, 传感器能明显分辨氮、汽油、液态石蜡、甘油和水, 证实了其优良的太赫传感特性. 这项工作对研究太赫波的传输及太赫器件的设计和制备具有指导意义.     

基于二维特异材料波导的表面电磁波的慢波实验研究

本文在理论分析的基础上,实验研究了二维MNG/DPS/MNG(磁单负材料/双正材料/磁单负材料)表面波波导中的慢波效应.该波导的色散曲线随着电路参数(单元电容)的改变而改变,而且在色散曲线的截止频率点,电磁波的群速度理论上等于零.因此可以通过改变MNG区域的电路参数,得到在不同截止频率的慢波特性.另外,本文还通过改变MNG区域的电路参数实现在某一固定频率下波速度渐变的慢波效应.实验结果与仿真结果相一致.     

全光型硅微机械流量传感器初探

介绍一种新颖的全光型硅微机械流量传感器。给出该传感器结构及工作原理的理论分析，并阐述传感器样品的测试及结果。流量传感器具有带脊型波导的悬臂结构。悬梁用作器件的敏感区，而检测光束可以在脊型波导中传输。     

Enhancement of single mode operation in coaxial optical waveguide using DB boundary conditions

In this study, a competent numerical strategy to compute the dispersion of optical waveguides is presented and propagation of electromagnetic waves in a coaxial optical waveguide with DB boundary conditions is instigated. For this intend, cylindrical coordinates are here being used to derive the DB boundary conditions and to obtain field components for the modes. The propagation constant for the waveguide to be studied is determined by solving the Bessel and the modified Bessel functions. The cutoff frequencies for various lower order modes have been calculated and their dispersion characteristics are plotted correspondingly. The behavior of the coaxial optical waveguide under DB boundary conditions is shown to be significantly different from that of coaxial optical waveguide and conventional optical waveguide under traditional or tangential boundary conditions. Finally, the effect of waveguide dimensions on the mode cutoff frequencies and fabrication issues are also addressed.     

填充多层互易手征介质金属同轴线传播特性

 采用在圆柱坐标系中分离变量的方法，推出填充多层互易手征介质的金属同轴线各层电磁场之间的关系，得到其模式特征方程和圆波导模式特征方程，给出了填充两层手征介质金属同轴线部分模式的色散特性的数值计算结果，分析了手征介质参量及两层手征介质厚度变化等对手征同轴线传播特性的影响。如果互易手征介质的手征参数等于零，可得填充普通介质的同轴线的模式特征方程。与填充普通介质的同轴线中的模式相比，手征同轴线中的模式发生了分叉。当同轴线中所填介质的折射率增大时，其模式归一化截止频率和进行基模单模传输的带宽归一化频率都将减小。     

Numerical study on lateral mode behavior of 660-nm InGaP/AlGaInP multiple-quantum-well laser diodes

Theoretical analysis for InGaP/AlGaInP laser diodes with different ridge waveguide structures is performed to investigate the lateral mode behavior using advanced device simulation. The internal physical mechanisms including temperature-induced changes in the refractive index profile, spatial hole burning effect, lateral carrier distribution, and gain profile variation with increasing input current are discussed by theoretical calculation to analyze the effects of different ridge structures on the lateral mode behavior of 660-nm AlGaInP laser diodes. The simulation results show that the use of narrow and shallow ridge geometry is the approach to obtaining single mode operation. Furthermore, it is found that the different values of the ridge height cause the lateral carrier distribution within the active region to be varied, which is also an important factor in determining the emergence of the first order lateral mode in addition to the geometry-dependent waveguide cutoff condition.     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

 为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性，推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式，发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论，通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系，给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证，耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

波导-同轴线的脊型转换器设计与测试

射频测量系统中经常会用到波导-同轴线转换器,主要是利用其将射频器件的波导端口转换成能够直接接入测量仪器的50 Ω同轴线。本文设计的648 MHz/WR1500波导同轴转换器主要用于CSNS升级工程（CSNS-II）超导直线射频器件的测量。利用切比雪夫脊型阶梯阻抗变换和探针耦合的方式实现波导到同轴线的转换。对脊加载波导和不连续同轴线分别进行了分析,得到最优尺寸。为了提高测量精度,设计的波导-同轴线转换器具有低插入损耗、低驻波比和宽带宽等特性。最后对生产的转换器进行了测试,测试结果与仿真结果相近,能够满足作为测量器件的使用要求。     

同轴波纹返波管色散特性研究及粒子模拟

 计算了同轴波纹慢波结构的色散特性,分析了波纹周期长度、波纹幅值大小以及同轴内导体半径对慢波结构色散特性的影响。研究表明内导体的存在使系统截止频率升高,系统尺寸可比普通波纹波导慢波系统更大, 并且可以采用大半径电子注并工作在低磁场状态。运用Magic软件对同轴波纹返波管进行了数值模拟, 发现同轴波导内场分布有利于注波互作用,在数值模拟基础上设计出高效率、低磁场的非均匀同轴波纹返波管,互作用效率达60%,聚束磁场小于1 T。     

Computing Eigen value equation and modal dispersion characteristics of an elliptical Bragg waveguide

Using the method of separation of variables in the elliptical coordinate system, a recursive formula for the electromagnetic fields in a new type of Bragg waveguide having elliptical core cross section with multilayered cladding is derived. The eigen equation is written in the form of Mathieu and the modified Mathieu functions and a dispersion relation is obtained for various modes supported by the proposed Bragg waveguide. The cutoff frequencies for several lower order even-odd modes have been calculated and their propagation characteristics are plotted. The results show that the dispersion curves are discontinuous and modes can exist only in particular wavelength bands. The effects of elliptical eccentricity on the mode cutoff values and mode transmission are addressed. Finally, the modal birefringence in the said waveguide is also estimated.     

Phase constant peculiarities of cylindrical zero-index anisotropic metamaterial waveguide

Here, we present the phase constant dependencies of propagating eigenmodes of an open cylindrical anisotropic metamaterial waveguide when the metamaterial permittivity and permeability tensor components may accept values close or equal to zero. Dispersion characteristics of rod and hollow-core waveguides with the radii 0.5, 2.5, and 5 mm at the left-handed polarization of the microwave are shown here. There are unusual shapes of eigenmode dispersion characteristics and anomalous sectors of the characteristics at certain frequencies. The first eigenmode of the rod waveguide with the lowest cutoff frequency is a particularly important mode because it is a single one in the frequency range 1.0?C1.9 GHz, and some small variations on the frequency produce large changes in the phase constant. We can observe packages of dispersion characteristic branches when their cutoff frequencies closed to the metamaterial electric and magnetic plasma frequencies between 1.9 and 3.5 GHz. There are only three modes in the hollow core anisotropic metamaterial waveguide at the frequency range 1.4?C2.8 GHz.     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

 基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。