L波段双阶梯阴极磁绝缘线振荡器的粒子模拟与实验研究

对L波段双阶梯阴极磁绝缘线振荡器(MILO)进行了粒子模拟,在输入电压710 kV,电流56.6kA条件下,得到微波输出功率为4.8 GW,微波频率1.22 GHz。根据模拟结果设计MILO实验装置并开展实验研究,介绍了测试方法与测试系统,并对辐射微波功率、频率和模式进行了测量。在二极管电压740 kV,电流61 kA条件下,测得辐射微波功率为3.57 GW,微波脉宽46 ns,微波频率1.23 GHz,功率转换效率8%,辐射微波模式为TM01模。     

一种新型模拟晶体的设计

微波布拉格衍射实验中点阵模拟晶体是一种常用模型,对此的研究已趋于成熟,也形成了比较完善的理论体系。本文在研究了用点阵模拟晶体发生微波布拉格衍射的基础上,结合布拉格衍射实验原理,设计一种线阵模拟晶体来替代点阵模拟晶体。利用微波分光仪进行了不同线阵面间距和不同微波频率入射的布拉格衍射实验,并将实验结果与微波布拉格衍射理论计算结果进行了分析比较和符合性的验证。     

C波段三腔渡越时间振荡器的数值模拟

 用2.5维PIC程序对三腔渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像。模拟表明：三腔渡越时间振荡器能调制强流电子束并输出微波，微波频率符合理论设计值。模拟得到了输出微波功率随栅网间距，随反向二极管轴向间距以及提取口径向间距变化的规律。输出微波功率与栅网间距的关系与线性理论基本相符。在电子束电压400kV，电流4kA的条件下，模拟得到的结果为微波峰值功率约600MW，频率5GHz，起振时间约3.5ns，峰值功率效率大于37%。     

阳极结构对过模返波振荡器长脉冲工作特性的影响

针对过模返波振荡器中泄漏微波在二极管区谐振, 造成微波脉冲缩短的现象, 设计了内置吸波材料的阳极结构来抑制这种泄漏微波对器件输出的影响。利用粒子模拟软件对不同阳极结构下过模返波管微波输出特性进行模拟研究, 模拟结果表明, 带吸波材料的阳极结构可以减小泄漏微波对微波输出功率、器件工作模式及脉冲宽度的影响。在长脉冲过模返波振荡器实验中, 电子束参数为（800 kV, 7 kA）时, 器件输出微波频率为8.58 GHz, 效率为30%。通过模拟计算和实验验证, 这种带吸波材料的阳极结构有效降低了泄漏微波对过模返波管微波输出的影响, 将器件输出微波脉冲宽度从70 ns提高到110 ns。     

325MHz微波栅控高压型热阴极电子枪的设计研究

高重复频率、高平均流强的电子枪具有十分广泛的应用。设计了一台束团重复频率为325 MHz在CW模式工作的微波栅控高压型热阴极电子枪,并详细论述了该类型微波栅控电子枪的实验原理。在该类型电子枪的设计中,首先需要利用仿真模拟软件EGUN、POISSON（PoissonSuperfish）、GPT（General Particle Tracer）完成300 kV直流高压电子枪的结构设计,并进行束流动力学验证计算。为将微波馈入该直流电子枪的阴栅极之间,进行了该微波栅控电子枪的供电系统设计,完成了从射频功率源到同轴热阴极的阻抗匹配方案,设计了一种325 MHz双模式同轴供电器件,并进行了验证与分析。     

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

 设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。     

30GHz RF脉冲压缩器设计

为得到脉宽150ns，功率超过100MW的30GHz微波脉冲，采用MSLED-II原理设计了30GHz RF-脉冲压缩器。H-Hybrid，TE100口-TE10o模式转换器等器件都采用了新型设计，所有微波器件的设计充分考虑了高功率下的适用性，没有容易引起打火的调谐杆、容性膜片等部件。在微波器件的设计中用HFSS软件进行了详尽的模拟。加工并测试了H-Hybrid，且用在CERN的RF脉冲展宽器上。     

S波段分离腔振荡器的数值模拟与设计

通过粒子模拟的方法设计了分离腔振荡器(SCO),并建立了基于爆炸发射的阴极模型,对带有真实二极管结构的SCO进行了整体的粒子模拟研究。典型的数值模拟结果为:在二极管电压为495 kV,电流为3.93 kA时,输出高功率微波的功率为640 MW,微波频率为2.85 GHz,功率效率为33.0%。同时,还研究了二极管输入电压幅度及波形、阴-阳极间距、阴极半径等参数对SCO输出高功率微波特性的影响,初步研究结果表明:除了栅网的通过率,SCO对二极管阻抗、阴极半径等参数也比较敏感,对应一定的二极管阻抗,需有一个最佳的电压值与之匹配;三角波电压波形会明显降低SCO的功率效率。     

高阻抗磁绝缘线振荡器微波提取结构

指出了磁绝缘线振荡器（MILO）微波提取结构传统设计方法中可能存在的问题。通过高频电磁软件模拟得到当微波提取结构具有不同特征阻抗时TEM模式功率传输效率在MILO工作频点附近的频率响应规律。模拟结果表明,当MILO阻抗较高时,用传统方式设计的微波提取结构不能满足TEM模式传输的要求。为了解决高阻抗情况下TEM模式的传输困难,提出并讨论了阶梯负载的设计方案。进一步模拟结果表明,阶梯负载克服了TEM模式的传输困难,提高了微波提取结构对MILO频率漂移的适应能力。     

三维电磁粒子模拟并行计算的研究

三维电磁粒子模拟基于时域有限差分算法（FDTD）和PIC（particle-in-cell）方法.根据FDTD和PIC方法的特点,可以将整个模拟区域分割为多个子区域,每个计算进程模拟计算一个子区域,通过消息传递交换子区域的边界数据从而实现并行计算这一基本思路,完成了并行算法的设计,并分析了并行加速比的影响因素.在三维电磁粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了该并行算法并验证了算法的正确性,最后应用CHIPIC3D并行版本对磁绝缘线振荡器和相对论速调管两种典型的高功率微波源器件进行了模拟,证明了该并行算法能取 关键词： 电磁粒子模拟 时域有限差分 并行计算 高功率微波源     

铜、银和铂原子纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟研究

本文采用微正则分子动力学方法模拟研究了铂、铜和银原子纳米团族从固态到液态的熔化过程,得到热容量随温度变化关系,结果表明这三种金属纳米团簇在熔化过程中均出现了负热容现象,并通过对团簇热能随温度的变化关系以及团簇原子数径向分布的分析,探讨了产生负热容现象的微观机制.     

Evaluation of the Autocorrelation Function from Measurement of the Photocount Distribution

This paper establishes a clear relation between the photocount distribution (PCD) of a low light level signal and its autocorrelation function (AC). The conclusion is that the evaluation of the AC from the measurement of the PCD is equivalent to that of the AC. Although the signal to noise ratio decreases when AC evaluation is obtained from PCD measurements, this technique allows AC values to be obtained more quickly and easily. Theoretical evaluation of the variances involved in these measurements and a simulation checking procedure are also described.     

多元多项式混沌法在随机方腔流动模拟中的应用

本文介绍了多元多项式混沌方法,采用此方法对随机层流Navier-Stokes方程进行求解,模拟了同时存在多个不确定因素影响的二维方腔驱动流。研究了当上下边界驱动速度和流体黏性系数为服从高斯分布的随机变量时所引起的流动结构的不确定性,着重分析了流场速度的统计特性,并与蒙特卡洛方法的计算结果进行了对比,对多项式混沌方法的结果进行了验证和确认。研究结果表明多项式混沌方法可以准确高效地模拟多个不确定性在流场中的传播,与蒙特卡洛方法相比体现出明显的优势。     

Mask-based denoising scheme for ghost imaging

Ghost imaging(GI) is thought of as a promising imaging method in many areas. However, the main drawback of GI is the huge measurement data and low signal-to-noise ratio. In this paper, we propose a novel mask-based denoising scheme to improve the reconstruction quality of GI. We first design a mask through the maximum between-class variance(OTSU)method and construct the measurement matrix with speckle patterns. Then, the correlated noise in GI can be effectively suppressed by employing the mask. From the simulation and experimental results, we can conclude that our method has the ability to improve the imaging quality compared with traditional GI method.     

How many parameters can be identified by adaptive synchronization in chaotic systems?

Five interesting experiments have been done for a class of chaos synchronization systems with unknown parameters and unknown control directions. And three important conclusions about parameters identification have been made. First, a necessary and sufficient condition for parameters identification is obtained. Second, a Nussbaum method is proposed to solve the problem of unknown control direction. Third, the adaptive method is not infinitely effective considered for our current ability of computation and simulation algorithm.     

Violation of the Mermin-Ardehali-Belinksii-Klyshko Inequality of Three Coupled Atoms Interacting with a Cavity

In this paper we study the nonlocality evolution for three identical two-level atoms, each coupled with the others and interacted with a single-mode cavity which is initially in a superposition of the vacuum and one-photon states. The nonlocality is characterized by violation of the Mermin-Ardehali-Belinksii-Klyshko (MABK) inequality. The influences of atom-atom coupling constant and the initial state of the cavity field on violation of the MABK inequality are discussed. The results obtained by numerical simulation show that the MABK parameter decreases as the ratio of the atom-atom coupling to the atom-cavity coupling increases, and that it increases with the initial population of the one-photon state.     

Green's Function Theory of Linear Magnetic Chains with Anisotropic Coupling

The one-dimensional spin-1/2 ferromagnetic and antiferromagnetic chains with anisotropic coupling are studied within the Green's function theory in both planar and uniaxial regimes. The spin Green's functions are decoupled at a stage one-step further than the Tyablikov's decoupling under the constraint 2>= 0. The behaviors of the correlation functions are studied in the entire temperature regime. The thermodynamic properties are also discussed, and the result is consistent with the numerical simulation.     

Simple adaptive output-feedback lag-synchronization of multiple time-delayed chaotic systems

In this letter, a simple adaptive output-feedback controller is designed for lag-synchronization of two multiple time-delayed chaotic systems in the presence of uncertainty, external disturbances, and input nonlinearity. Based on Lyapunov stability theorem and adaptive techniques, sufficient conditions for lag-synchronization of these two systems are achieved. To deal with the existence of unknown time-delays in the system dynamics, the novel Lyapunov-Krasovskii functionals are used. Finally, a numerical simulation is presented to show the effectiveness of the proposed chaos lag-synchronization scheme.     

高功率速调管电子枪热形变分析与测试

 国产50 MW速调管需要脉冲功率为120 MW的电子枪,其阴极为皮尔斯型储备式阴极,扫描直径为85 mm。利用ANSYS 对该速调管电子枪的温度场分布及结构的热变形进行了模拟分析。对于电子枪复杂的内部结构形态以及能量转换方式,分析了热传导方式对温度场的影响。在此基础上进行了温度场与结构变形的耦合分析,利用EGUN对电子枪形变前后束流光学特性进行模拟分析,并对模拟结果与高功率测试结果进行了分析比较。     

用于宽带高功率微波辐射的双层贴片天线特性

 研究了用于宽带高功率微波辐射的双层贴片微带天线输入阻抗带宽和辐射特性,提出一种适合于高功率微波辐射的圆锥传输线馈电结构以减小传统馈电探针的引线感抗,使天线的功率容量提高到百MW级,同时作为同轴线到径向传输线的过渡变换,使反射系数降低近50%。通过数值计算分析了不同的介质基底厚度组合和贴片尺寸对天线带宽的影响,优化参数后的天线带宽达到了34.9%(电压驻波比小于3),带内平均增益高于6.5 dB,最大增益8.3 dB,主辐射方向上的远场辐射因子与馈入宽带脉冲幅度比值大于1.3。分析了天线的功率容量,模拟计算表明该天线可用于辐射幅值300 kV的宽带高功率微波。