微扰实验法测试螺旋线行波管耦合阻抗及模拟仿真

应用有限元仿真软件HFSS,建立了准确的3维螺旋线行波管耦合阻抗仿真模型。应用该模型,对微扰实验法在微扰杆内电场所做出的4个假设和近似,进行了定量的分析和讨论：电场在轴向是均匀的,忽略掉轴向高次空间谐波的存在;电场在角向是均匀的,忽略掉角向高次空间谐波的存在;忽略掉电场中TE波部分,认为电场角向分量为零;假设微扰前后的电场是相等的。同时,对微扰杆的尺寸和介电常数与耦合阻抗的依赖关系进行了模拟分析。结果表明：当微扰法所引入的假设和近似逐步消失后,微扰法的结果最后收敛于定义法。     

新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性

 在Sheath模型下,采用严格的场匹配法,结合积分形式的边界条件,推导了自由矩形螺旋线的色散方程和耦合阻抗表达式,并与近似理论进行对比。结果表明:与近似理论相比, 严禁场匹配法具有更高的准确性,且采用场匹配法的数值计算结果与3维商业电磁仿真软件结果吻合得很好。从而证明了所采用理论方法的有效性。同时分析了矩形螺旋线横截面尺寸、螺距、螺旋角、纵横比对色散特性和耦合阻抗的影响,结果表明：只有当矩形螺旋线横截面纵横比大于4时,才可忽略横截面的宽度对高频特性的影响,通过调节结构的参数可以改善色散和提高耦合阻抗。     

新型自由矩形螺旋线慢波结构高频特性

在Sheath模型下,采用严格的场匹配法,结合积分形式的边界条件,推导了自由矩形螺旋线的色散方程和耦合阻抗表达式,并与近似理论进行对比。结果表明:与近似理论相比, 严禁场匹配法具有更高的准确性,且采用场匹配法的数值计算结果与3维商业电磁仿真软件结果吻合得很好。从而证明了所采用理论方法的有效性。同时分析了矩形螺旋线横截面尺寸、螺距、螺旋角、纵横比对色散特性和耦合阻抗的影响,结果表明：只有当矩形螺旋线横截面纵横比大于4时,才可忽略横截面的宽度对高频特性的影响,通过调节结构的参数可以改善色散和提高耦合阻抗。     

不同表面阻抗波导中耦合系数的关系及其在远程波导精确度计算中的应用

本文从阻抗微扰的概念出发,把Unger在研究H₀₁波通过弯曲及截面变形波导管时所得到的耦合系数,在不同表面阻抗时平方和不变的原理推广到更普遍的情况,这样,使计算相关距离十分小的各种随机公差和接头公差变得十分简便,对于不同类型波导精确度的计算,可由统一的公式出发,此外在一般情况下,得到了两两耦合系数之间的相互关系。在计算均匀不规则波导的精确度时,利用阻抗微扰的形式,得到尤许阻抗微扰量与附加衰减的关系,从而可以按照各种不规则性与阻抗微扰的关系决定均匀公差。     

内开槽螺纹回旋行波管线性理论研究

基于耦合波理论，运用阻抗微扰法得到了内开槽螺纹波导的色散方程及耦合条件，并从相对论电子运动方程入手得到了自洽非线性方程组，通过一阶线性近似导出了注-波互作用线性关系及色散方程.运用数值计算及3维粒子模拟软件冷腔分析对该波导冷腔色散特性及注-波互作用色散特性进行了研究. 关键词： 内开槽螺纹波导 阻抗微扰 线性理论 自洽非线性方程组     

螺旋波纹波导研究

从耦合波方程出发，利用阻抗微扰法对螺旋波纹波导的边界不规则性进行处理，得到螺旋波纹波导的一般性耦合波传输方程，及耦合系数表达式.根据螺旋波纹波导内模式耦合的规则,得出色散方程并分析其色散特性. 关键词： 螺旋波纹波导 耦合波方程 阻抗微扰 色散特性 本征模     

钛扩散铌酸锂矩形波导中的双折射耦合对传播常数的影响

 从亥姆霍兹方程出发，得到了各向异性光波导在弱导近似下的耦合模理论。耦合系数包括偏振耦合项和双折射耦合项。并用马卡提里近似下的模式作为零级近似。用一级微扰法计算了折射率渐变分布的钛扩散铌酸锂矩形波导的传播常数。在给定参数的情况下，得到双折射项引起的传播常数的改变约为主微扰项的3%，因此双折射耦合对钛扩散铌酸锂矩形波导的性能影响不可忽略，这对设计和分析与它相关的光波导器件具有指导意义。     

微扰的耦合非线性薛定谔方程的近似求解

将直接微扰方法应用于可积的含修正项的非线性薛定谔方程，通过近似解与精确解的比较确定了直接微扰方法的可靠性.继而，将该方法应用于微扰的耦合非线性薛定谔方程，并获得了该微扰方程的可靠的近似解. 关键词： 直接微扰方法 微扰 耦合非线性薛定谔方程 近似解     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计,达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz,输出功率4.3 kW,频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法,研究了行波管的冷腔特性,给出了色散、耦合阻抗等参数。     

用参数微扰法求解非线性谐振子问题

用参数微扰法求解了一维非线性谐振子及二维非线性耦合谐振子的一级近似本征能量.计算表明,参数微扰法的基态和激发态结果比相应的无参数微扰法的一级近似甚至多级近似结果精度有显著提高.     

Three-dimensional polarization control in microscopy

We propose an approach to optical microscopy that enables full control over the three-dimensional polarization vector at the focal spot of a high-numerical-aperture lens. The input field to the lens is linearly polarized and no polarization optics are needed. This technique utilizes the azimuthal spatial degree of freedom of the input field. We find that only a small set of low-order azimuthal spatial harmonics contributes to the focused field on axis, and a simple transformation exists between the linear vector space of these harmonics and the three-dimensional polarization-vector space. Controlling the relative complex weights of these azimuthal harmonics produces any desired three-dimensional state of polarization.     

DC column plasma kinetics in a longitudinal magnetic field

The cylindrical column plasma of a neon dc glow discharge under the influence of a weak longitudinal magnetic field is studied. An extended, fully self-consistent model of the column plasma has been used to determine the kinetic quantities of electrons, ions and excited atoms, the radial space charge field, and the axial electric field for given discharge conditions. The model includes a nonlocal kinetic treatment of the electrons by solving their spatially inhomogeneous kinetic equation, taking into account the radial space charge field and the axial magnetic field. The treatment is based on the two-term expansion of the velocity distribution and comprises the determination of its isotropic and anisotropic components in the axial, radial, and azimuthal direction. A transition from a distinctly nonlocal kinetic behavior of the electrons in the magnetic-field-free case to an almost local kinetic behavior has been found by increasing the magnetic field. The establishment of the electron cyclotron motion around the column axis increasingly restricts the radial electron energy transport and reduces the radial ambipolar current. The complex interaction of these transport phenomena with the alterations in the charge carrier production leads finally to a specific variation of the electric field components. The axial field increases by applying weak magnetic fields, however, decreases with increasingly higher magnetic fields. At higher magnetic fields, the radial space-charge field is considerably reduced     

介质壁加速腔加速结构优化

为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明：添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。     

介质壁加速腔加速结构优化

为了在介质壁加速器中增大轴向加速电场, 提高加速梯度的同时抑制径向电场对束包络的扩张, 提出了在每个加速电极上添加金属栅网结构。采用基于粒子云网格方法的电磁粒子模拟软件对不加栅网与添加栅网的电极结构进行了数值仿真, 分析了不同结构下加速管道中的电场分布和束包络变化。通过实验对比了两种不同结构下经过相同的加速长度获得的粒子能量。结果表明:添加金属栅网结构相对于不加栅网的金属小孔式结构, 轴向加速电场强度提高20%, 同时径向电场得到有效抑制;栅网结构下, 被加速的粒子束在自由漂移空间中的径向发散基本得到抑制;在相同的加速长度下加速H3+粒子, 栅网结构得到的能量增益提高了一倍。     

高频H型放电离子源的场特性

从Maxwell方程组出发,推导了高频H型放电离子源放电空间的场分布, 并采用Mafia软件进行了三维实体建模,计算了高频离子源放电击穿前和稳定工作后的电磁场分布,得到了高频离子源放电空间电磁场分布的直观图像。通过比较击穿前高频电场的轴向和环向分量,得出了轴向电场在高频离子源击穿中起主要作用的结论,并进而推导出了高频离子源的击穿判据,得出了气体击穿时离子源击穿电压和放电管内气压的关系,与实验结果符合较好。     

高频H型放电离子源的场特性

 从Maxwell方程组出发，推导了高频H型放电离子源放电空间的场分布, 并采用Mafia软件进行了三维实体建模，计算了高频离子源放电击穿前和稳定工作后的电磁场分布，得到了高频离子源放电空间电磁场分布的直观图像。通过比较击穿前高频电场的轴向和环向分量，得出了轴向电场在高频离子源击穿中起主要作用的结论，并进而推导出了高频离子源的击穿判据，得出了气体击穿时离子源击穿电压和放电管内气压的关系，与实验结果符合较好。     

Experimental Study of a Ka-Band Cylindrical Open Resonator

A study of the electrodynamical properties of a Ka-band gyrotron open resonator was experimentally conducted. Experiments were accomplished to measure resonant frequencies and their respective loaded quality factors for TE modes in the frequency range from 26 to 40 GHz. In particular, a perturbation technique was used to determine the axial, radial and azimuthal electric field profiles, as an identification method of the TE₀₂₁ mode operating around 35 GHz. In any experimental event, good agreement with the values predicted by theory was found.     

Electrogravitational instability of cylindrical interface acted upon by a varying electric field

The electrodynamic instability of a self-gravitating dielectric fluid penetrated by a uniform axial electric field surrounded by a self-gravitating vacuum pervaded by a varying electric field is investigated. A general eigenvalue relation valid to all possible (symmetric and asymmetric) modes of perturbation for all (short and long) wavelengths is derived and discussed in detail. The model is gravitationally stable to the pure asymmetric disturbances modes while to symmetric modes it is as if the longitudinal wavenumber normalized with respect to the jet radius is equal to or greater than 1.0668 and vice versa. The axial electric fields pervaded interior and exterior to the cylinder are stabilizing for all disturbances modes according to some restrictions. The transverse varying electric field is purely stabilizing in the symmetric disturbance for all wavelengths, while it is stabilizing in the asymmetric disturbance under some restrictions. The electrodynamic force has a strong stabilizing influence in the symmetric mode and can suppress the gravitational instability above a certain value of the basic electric field.     

纵向金属导体加载螺旋慢波特性的理论研究

 考虑角向均匀谐波与非翼片区角向高次谐波的影响，运用场匹配法参考脊加载环板慢波结构的边界条件，推导得到翼片加载螺旋慢波结构的色散特性方程，在此基础上推导得到有限翼片加载下的耦合阻抗和衰减常数。运用MAFIA软件对该结构进行模拟计算，将理论结果与模拟计算和部分实验数据进行比较，其曲线趋势基本一致，反映了该结构的物理本质，本方法为各种类型的翼片加载螺旋慢波特性的计算提供了一种参考手段。