无工质微波推力器推力测量实验

基于经典的电磁学理论, 本文建立了一套新概念空间推进装置-----无工质微波推力器系统, 这套装置可以直接把微波辐射能转换为推力而不需要任何推进介质. 与传统的空间推进装置不同, 该系统可以避免携带庞大的推进剂储箱并消除羽流对航天飞行器的污染. 该系统由集成在一起的圆台微波谐振腔、 微波源和负载组成, 其中微波源产生的微波辐射能被输入到圆台微波谐振腔内并形成纯驻波与电磁压强梯度, 从而沿圆台微波谐振腔轴线方向形成净推力. 本文根据随遇平衡原理, 通过克服推力器本身的自重和刚性阻力, 成功地测量出无工质微波推力器产生的净推力. 结果表明: 基于经典电磁学理论建立的无工质微波推进系统可以产生净推力; 当微波源输出2.45 GHz, 80---2500 W的微波功率时, 推力器产生的推力分布在70---720 mN范围内, 测量总误差小于12%.     

不同功率下无工质微波推力器的推力预估

基于经典电动力学理论,从麦克斯韦方程组和麦克斯韦张量出发,推导出无工质微波推力器的推力计算方程. 应用有限元分析软件,计算了特定谐振模式下的特定圆台谐振腔在不同功率条件下的电磁场分布;根据推导出的理论计算公式,计算了不同功率条件下推力器的总推力. 计算结果表明:推力与功率成正比,而且磁场力决定着总推力的大小;圆台谐振腔消耗20–200 W电磁波功率时所产生的推力在20–250 mN范围内. 关键词： 电磁波 麦克斯韦张量     

也论电磁波的预言及其发现过程

文章根据麦克斯韦的著作和赫兹的《综合文集》、《电波》和《回忆、书信和日记》以及相关文献，对麦克斯韦预言电磁波的问题和赫兹实验发现电磁波的过程进行了仔细考察，指出麦克斯韦没有明确预言电磁波的存在，麦克斯韦的理论不是赫兹电磁学实验研究的直接指导思想．文章认为亥姆霍兹为普鲁士科学院所提出的1879年悬赏课题对赫兹发现电磁波起到了直接的引导作用，而电磁波的发现则主要归因于赫兹精湛的实验技能和敏锐的观察力．     

等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究

本文对35 GHz和96 GHz电磁波在等离子体中的传输特性进行了理论与实验研究, 得到了电磁波衰减随等离子体密度、碰撞频率和电磁波频率的变化规律. 等离子体密度增加一个数量级时, 电磁波衰减增加一个数量级; 随着等离子体碰撞频率的增加, 电磁波衰减先增加后减小; 随着电磁波频率的增加, 衰减下降. 以激波管为实验平台进行了电磁波在等离子体中传输特性的实验研究, 实验结果和理论结果吻合较好. 理论和实验结果均表明, 提高电磁波频率是解决黑障问题的有效途径.     

线缆系统电磁脉冲效应测量系统研制和试验

分析了实验室瞬态X射线产生的系统电磁脉冲(SGEMP)效应测试所面临的技术问题,提出了解决方法、措施以及实验室模拟瞬态X射线的SGEMP模拟试验方法。通过电子屏蔽、电磁屏蔽、光电隔离、信号对称提取等特殊技术处理,解决了SGEMP效应模拟试验方法和测量系统抗X射线、抗电磁辐射等技术问题,并在大型瞬态X射线模拟源上,测出了瞬态X射线辐照时金属腔内线缆的SGEMP效应波形及幅值。     

线缆系统电磁脉冲效应测量系统研制和试验

分析了实验室瞬态X射线产生的系统电磁脉冲(SGEMP)效应测试所面临的技术问题,提出了解决方法、措施以及实验室模拟瞬态X射线的SGEMP模拟试验方法。通过电子屏蔽、电磁屏蔽、光电隔离、信号对称提取等特殊技术处理,解决了SGEMP效应模拟试验方法和测量系统抗X射线、抗电磁辐射等技术问题,并在大型瞬态X射线模拟源上,测出了瞬态X射线辐照时金属腔内线缆的SGEMP效应波形及幅值。     

运动介质的电磁性质方程

应用电磁场张量、电磁感应张量和它们的对偶张量讨论运动介质的电磁性质方程,指出D=εE和B=μH在运动介质中不成立,给出运动介质电磁性质方程的协变形式、向量形式.     

光电子发射引起的系统电磁脉冲模拟研究

基于给定光电子的时间、能量谱,分析研究了从有界平面金属向自由空间发射的光电子所引起的系统电磁脉冲效应;采用2.5维全电磁粒子模拟（PIC）程序模拟研究了光电子在空间的运动及分布规律、空间电磁场的组成成分及各组分场的特性。模拟与分析表明：系统电磁脉冲的空间电磁场由直流本底场和辐射场两部分组成。直流场是径向场,随距离的增大迅速衰减;而辐射场又由两部分组成,一是电子从金属平板发射过程中产生的超辐射,二是电子在空间运动过程中产生的辐射场。对两种辐射场特性进行了深入的分析和研究。     

光电子发射引起的系统电磁脉冲模拟研究?

基于给定光电子的时间、能量谱,分析研究了从有界平面金属向自由空间发射的光电子所引起的系统电磁脉冲效应;采用2.5维全电磁粒子模拟(PIC)程序模拟研究了光电子在空间的运动及分布规律、空间电磁场的组成成分及各组分场的特性。模拟与分析表明:系统电磁脉冲的空间电磁场由直流本底场和辐射场两部分组成。直流场是径向场,随距离的增大迅速衰减;而辐射场又由两部分组成,一是电子从金属平板发射过程中产生的超辐射,二是电子在空间运动过程中产生的辐射场。对两种辐射场特性进行了深入的分析和研究。     

麦克斯韦如何构建力学模型来解释电磁感应和发现位移电流

电磁学的核心就是麦克斯韦方程组,今天它被认为是物理学中最美的方程组之一.本文主要介绍了麦克斯韦当初如何通过构建力学模型来解释电磁感应定律和发现了位移电流,从而完整地发展出了麦克斯韦方程组.     

微波超材料隐形结构及其新型快速实验方案

基于Maxwell方程组在坐标变换下的协变性,利用柱坐标变换以及开口谐振环周期排列而形成的超材料设计了一个工作于10.14GHz频率下的隐形结构.采用一种新型快速实验方案测量微波信号强度.实验结果表明在外围增加了隐形结构之后,圆柱金属的阴影和散射效应都被削弱,得到了预期的隐形效果.该实验系统降低了系统的结构复杂性并缩短了实验周期,为该领域的研究提供了一种新的简单有效的实验方案.     

系统电磁脉冲一维边界层的数值模拟

应用准第一性原理的PIC程序对系统电磁脉冲(SGEMP)一维边界层进行数值模拟,研究无限大介质板发射单一能量为2 keV、发射率为3.3×10²⁰ m^-2·s^-1的光电子,发射角分布为余弦角分布,且平板上留下等量正电荷时的SGEMP效应,得出稳态后电子所能到达的最大距离约在5.8~7.5 cm之间振荡;发射表面z=0处的电荷密度在(6.0~9.0)×10^－6 C/m³之间振荡;表面电场值在50~55 kV/m之间振荡;边界层达到准稳态的时间约为14.0 ns。将稳态模拟结果和理论估算结果进行对比,模拟结果较理论结果更加准确、形象地反映出SGEMP一维边界层的形成过程及稳态结构。     

高功率微波效应的多层次多物理场协同算法

针对半导体器件、电路、电子系统的高功率微波效应,提出了一套全新的多层次多物理场协同计算方法。该算法基于半导体器件的物理结构模型,联立并求解由电磁场、半导体物理和热力学方程构成的多物理场方程组,实现了器件级高功率微波效应的仿真;通过器件多物理场仿真和电路仿真的协同计算完成电路级效应仿真;最后进行电路效应和电磁环境的协同计算,获取由多个电路、外壳封装、孔缝和线缆等组成的电子系统的高功率微波效应数据。介绍了该算法的原理和流程,以商业PIN二极管为例,计算了该器件及组成限幅器电路的温度效应、正向恢复特性、半封闭腔体内空间微波辐射等效应,通过与实验测试的对比验证了算法的正确性,同时对效应现象给出了物理机理解释。     

高功率微波效应的多层次多物理场协同算法

针对半导体器件、电路、电子系统的高功率微波效应,提出了一套全新的多层次多物理场协同计算方法。该算法基于半导体器件的物理结构模型,联立并求解由电磁场、半导体物理和热力学方程构成的多物理场方程组,实现了器件级高功率微波效应的仿真;通过器件多物理场仿真和电路仿真的协同计算完成电路级效应仿真;最后进行电路效应和电磁环境的协同计算,获取由多个电路、外壳封装、孔缝和线缆等组成的电子系统的高功率微波效应数据。介绍了该算法的原理和流程,以商业PIN二极管为例,计算了该器件及组成限幅器电路的温度效应、正向恢复特性、半封闭腔体内空间微波辐射等效应,通过与实验测试的对比验证了算法的正确性,同时对效应现象给出了物理机理解释。     

弱电离等离子体对电磁波吸收的物理模型和数值求解

从物理基本方程、理论证明和数值分析三方面说明了在一维平板模型中，含时波动方程和亥 姆霍兹方程是等价的，即使电磁波波长小于等离子体的尺度，电磁波的全波解也具有简谐形 式. 对电磁波在弱电离强碰撞等离子体中的传播特性进行了数值研究，结果表明，弱电离强 碰撞等离子体对电磁波具有很强的吸收特性. 关键词： 电磁波 弱电离等离子体 过阻尼     

赫兹发现电磁波的实验方法及过程

根据赫兹的文集、实验笔记、日记和书信等原始文献．对赫兹发现电磁波的实验进行仔细考察．以期真实地再现这一重大发现的历史过程．笔者认为赫兹发现电磁波的过程是由一系列重要实验组成．并不能仅以单个实验为其标志．还指出尽管赫兹没有认识到发现电磁波的实用价值，但他的实验研究成果客观上为无线电技术实用化的进程奠定了重要基础．     

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲（HEMP）模拟器中脉冲电场波形（峰值电场大于50 kV/m、上升时间小于2.3 ns）,设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该D-dot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

圆柱腔内系统电磁脉冲的数值模拟

应用3维全电磁粒子模拟程序研究腔体的内SGEMP,作为校验,模拟计算了光电子由圆柱腔体端面向内发射的SGEMP模型,并与文献结果进行了对比;使用该程序对圆柱腔体的3维内SGEMP进行模拟研究,得出注量为100 J/m²,特征温度为2 keV的黑体谱X射线,垂直入射高为4.5 cm、半径为7.5 cm的圆柱腔体侧面时,发射电流为20 A,产生的电场最高可达150 kV/m,磁场高达3.0×10⁻⁵ T。并对不同X射线注量下的电荷和电场分布情况进行了初步研究。     

Analysis of Trapping Force and Torque for Fiber-optical Trap by the Finite-differential Time-domain (FDTD) Method

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＳｉｎｃｅＡｓｈｋｉｎｅｔａｌ.[1] ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｒａｐｐｉｎｇｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｙａｓｉｎｇｌｅ ｂｅａｍｇｒａｄｉｅｎｔｆｏｒｃｅｔｒａｐ ,ｏｐｔｉｃａｌｔｗｅｅｚｅｒｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｏｕｓｅｄｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ,ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｉｒａｔｔｅｎｔｉｏｎｗａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｏｎｈｉｇｈＮＡｍｉｃｒｏｌｅｎｓｔｗｅｅｚｅｒｓ.Ｏｐｔｉｃａｌｔｒａｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎ…     

Selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers

In this paper, we describe a modal expansion approach for the analysis of the selective generation of ultrasonic Lamb waves by electromagnetic acoustic transducers(EMATs). With the modal expansion approach for waveguide excitation, an analytical expression of the Lamb wave's mode expansion coefficient is deduced, which is related to the driving frequency and the geometrical parameters of the EMAT's meander coil, and lays a theoretical foundation for exactly analyzing the selective generation of Lamb waves with EMATs. The influences of the driving frequency on the mode expansion coefficient of ultrasonic Lamb waves are analyzed when the EMAT's geometrical parameters are given. The numerical simulations and experimental examinations show that the ultrasonic Lamb wave modes can be effectively regulated(strengthened or restrained) by choosing an appropriate driving frequency of EMAT, with the geometrical parameters given. This result provides a theoretical and experimental basis for selectively generating a single and pure Lamb wave mode with EMATs.