快波加热的天线设计

托卡马克中离子回旋频段的天线耦合效率主要取决于天线的体制和天线的尺寸。根据等离子体对不同谱分量的吸收性能差别,以及天线激励电流的谱应与等离子体对射频波吸收谱相匹配,对快波加热天线设计问题进行了细致地探讨。     

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采用等离子体分层模型,利用WKB近似研究了离子回旋共振加热(ICRH)天线发射谱n||对离子回旋波在托卡马克等离子体的表面功率反射系数、吸收衰减的影响,数值模拟了不同天线发射谱n||条件下快波少数离子加热的效果.模拟结果表明,当其它实验参数一定时,ICRH天线发射合适的n||能提高天线与等离子体的耦合效率,增强少数离子加热的效果.     

多缝隙蝶形偶极子纳米天线的设计及吸收特性

针对单一结构纳米天线吸收率不高和波段较窄的缺点,结合多缝隙结构和蝶形偶极子,提出了一种多缝隙蝶形偶极子纳米天线。多缝隙蝶形偶极子是由Au纳米蝶形偶极子刻蚀多条缝隙构成的,该结构能同时实现尖端近场耦合、光栅耦合以及不同介质间的杂化耦合,这三种耦合的共同作用可以在宽波段内有效提高吸收率。采用时域有限差分方法分析了宽波段下该纳米天线的吸收性能,数值分析表明:在400～1800 nm波段,多缝隙蝶形偶极子纳米天线的吸收特性曲线出现多个吸收波峰,吸收峰值最高可达98.4%,平均吸收率为84.1%。该天线的吸收性能明显优于蝶形偶极子纳米天线,在不同偏振状态以及不同角度入射光下,该天线均能在宽波段内保持较好的吸收性能。     

阿尔芬波加热研究中的新颖纵向天线

本文提出了一种用于托卡马克等离子体中阿尔芬波加热用的新颖纵向天线。这种天线提供了研究高阶模的可能性,而且激发的波谱纯度较高,对于(n,m)=(2,2)的主模占的比重达0.87,优于目前用于阿尔芬波加热的各种天线。本文还给出了磁场分布的模拟实验结果和角向屏蔽效果的测量结果。     

螺旋天线轴向长度对螺旋波传播、吸收的影响

采用有限元法数值求解Maxwell方程组,分析H-1仿星器实验参数下螺旋天线的轴向长度对螺旋波传播、吸收的影响。计算结果表明：随着螺旋天线轴向长度的增加,天线总辐射能量和辐射电阻逐渐增大;在H-1等离子体中螺旋天线主要激发m=±1模式波,其中m=-1模式波一般在等离子体边界传播;全波螺旋激发的波能量主要沉积在等离子体边界,导致等离子体径向能量较强的非均匀吸收,加热效果不理想;半波螺旋天线激发的波可深入主等离子体区域传播,等离子体径向能量吸收相对均匀,加热效果好。     

KT—5B托卡马克上阿尔芬波加热实验中天线阻抗的测量

一、引 言 托卡马克等离子体中的阿尔芬波加热实验研究自80年代初以来取得了许多有价值的实验结果。在阿尔芬波加热实验中,天线辐射阻抗的测量是十分重要的。天线辐射阻抗的变化不仅直接反映了阿尔芬波与等离子体之间的能量耦合情况,而且也反映了波在等离子体中传播过程的某些物理特性。例如,出现离散阿尔芬波(DAW模)或表面静电波(SEW模)便会使阻抗出现较大的峰值。因此,探索一种简便易行又能反映阻抗随放电时间变化的细微     

基于液晶的广角太赫兹可调谐超表面吸波器

提出了一种结构简单的广角稳定太赫兹可调谐超表面吸波器,利用液晶材料电可调谐的性质,实现超表面吸波器吸收频率的调谐。利用液晶材料介电常数张量进行材料建模,模拟了液晶材料的各向异性特性。为了提高设计效率,得到良好的吸波性能和可调谐性能,利用粒子群算法对超表面吸波器单元结构进行了逆向设计;并对设计的超表面吸波器特性进行研究。结果表明,利用粒子群算法可以高效地逆向设计出性能良好超表面吸波器,当对吸波器施加的电压在0～10 V范围内连续调谐时,实现了TE模式吸波频率在404.4～444.4 GHz范围内连续可调谐,频率可调谐性为9%,吸收率大于99%;TM模式吸波频率在404.4～425.4 GHz范围内连续可调谐,频率可调谐性为4.64%,吸收率大于99%;当斜入射角度为60°时,吸收率仍大于94%,具有大角度入射稳定性和吸收频率稳定性。本文设计的太赫兹超表面吸波器具备高吸收率、大频率可调谐性、广角稳定性和低控制电压等优点,具有广泛的应用价值。     

缝隙八木纳米天线设计及宽波段吸收特性

针对传统光伏电池能量收集易受环境与光照时间限制的问题,本文设计了一种用于太阳能收集的缝隙八木纳米天线单元及阵列.采用时域有限差分法分析缝隙间距对纳米天线远场方向性和近场分布的影响,并研究缝隙八木纳米天线阵列的吸收特性及不同缝隙间距对阵列天线吸收率的影响.研究远场方向性发现,当缝隙间距增加到一定距离时,天线方向图出现多个副瓣并产生新的辐射模式;通过对近场分析表明,新辐射模式的产生来源于高阶模式的局域表面等离激元.天线阵列吸收率的仿真结果表明:在400~1 500nm波段,随着缝隙间距的增加,缝隙八木纳米天线阵列吸收率呈上升趋势,当缝隙间距等于80nm时,在400~660nm、760~1 300nm两个波段内吸收率较高,吸收峰值最大可以达到98%;以吸收率大于50%为基准,当缝隙间距等于80nm时,其吸收波段最宽.     

三维洞穴环天线的耦合计算

在离子回旋共振加热中,对具有较复杂边界条件的洞穴环天线,通常为了简化计算忽略环天线水平分量的影响,按二维天线模型进行处理.给出了一种三维天线模型的详细计算过程,该模型与实际天线更加吻合,其计算结果可供洞穴环天线设计时参考. 关键词： 洞穴环 波加热 三维模型     

共享孔径人工电磁媒质设计及其在高增益低雷达散射截面天线中的应用

提出了一种具有部分反射特性和吸波特性的共享孔径人工电磁媒质(shared aperture metamaterial, SA-MTM).该媒质由上层斜十字金属图案加载集总电阻的吸波表面、下层开条带缝隙金属面的部分反射表面以及中间介质层构成, 吸波表面和部分反射表面在垂直维度上共享了一个物理孔径使该媒质同时实现了吸波特性和部分反射特性.将SA-MTM与天线一体化设计, 利用SA-MTM的部分反射表面和天线表面构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔提升天线的增益, 利用SA-MTM的吸波表面吸收入射电磁波实现低雷达散射截面(radar section cross, RCS)天线的设计.仿真和实验结果表明, SA-MTM 的加载使天线的前向增益在5.57–5.94 GHz 的工作带宽范围内都提升了3 dB以上, 且天线的后向RCS在2–9 GHz范围内都有明显的减缩.该研究成果克服了天线辐射性能和散射性能无法兼顾的矛盾, 对高增益低RCS天线的设计具有重要的指导意义.     

组合振子天线磁偶特性实验研究

通过对组合振子的实验研究,验证了磁偶极子回路所具有的优势:能够极大地改善天线低频传输以及辐射特性,具有明显的低频补偿能力。此外,通过设置磁偶回路周长比,比较了不同磁偶回路状态下的天线特性,发现双磁偶回路对于低频特性的改善要优于单磁偶回路,后者的优势主要体现在高频。根据这一现象,采用单磁偶回路结构设计工作频带为300MHz~5GHz组合振子接收天线。     

Study of Power Coupling through an Electrostatic Shield on a Loop Antenna for ICRF Heating of EBT-S

The effects of electrostatic shields around the antenna used for ICRF heating in the EBT-S fusion experiment on the efficiency of power transfer from the antenna to the plasma were studied in bench tests using resonant coupling loops placed near the antenna to simulate plasma behavior. For the frequency range of interest in these experiments, the length of the antenna was much shorter than the free-space wavelength. Coupling efficiencies in excess of 90 percent were obtained under best conditions. There was a reduction in coupling efficiency due to the presence of the shield, which was found to be dependent on the proximity of the loop to the antenna and on the Q of the loop. The change in coupling efficiency of the antenna with the shield compared to the antenna without a shield was greater the farther the loop was removed from the antenna and the lower the Q of the loop. In general, the reduction in coupling efficiency due to the shield is probably tolerable, with the advantages of having an electrostatic shield outweighing the disadvantage of a lower power coupling efficiency.     

The Effect of a Poloidal Phase Difference on the Asymmetry of the Coupling Characteristics of an ICRH Antenna

The coupling asymmetry characteristics of an ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna consisting of two poloidal aligned straps are studied for a JET‐type tokamak. The model used combines a three‐dimensional (3‐D) planar, cold‐plasma, single pass antenna‐plasma coupling code with any phase difference between the current straps, which takes into account the feeders' current and phase difference effects. The result shows that the asymmetry of radiated energy in poloidal direction can be controlled through changing the phase difference of the antenna straps, and when the phase difference equals to π, the asymmetry tends to become most pronounced (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

多腔耦合微波表面波PECVD法沉积 DLC薄膜研究

报道了利用多腔耦合微波表面波等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备类金刚石(DLC)薄膜。通过发射光谱(OES)测量,对Ar等离子体中的各种放电参数以及全部四个腔室内放电的均匀性作出评估。采用表面轮廓仪测量了薄膜的厚度;薄膜的表面形貌、组成结构通过原子力显微镜(AFM)、激光拉曼光谱和X射线衍射光谱(XPS)进行了表征。在12.5μm厚度的有机薄膜聚酯(PET)表面沉积一定厚度DLC后,通过测量水蒸气透过率(WVTR)对DLC薄膜的阻隔性能进行了研究。结果表明,这种多腔耦合微波表面波等离子体装置,不仅能够实现四个腔室同时相对均匀的放电,也能够实现单个腔室的轴向均匀放电。制备的DLC薄膜结构致密、成分均匀,可以使PET薄膜阻隔性能提高约20倍。     

A mirror based on stimulated brillouin scattering with a double feedback loop in a laser cavity

The possibility of switching an external mirror based on stimulated Brillouin scattering (SBS) with a double feedback loop to a laser cavity is shown experimentally. A significant increase in the output laser power is obtained with conservation of the diffraction quality of the initial radiation. Experimental comparison with an ordinary SBS mirror, excited in a single pass through a nonlinear medium, is performed and the advantage in the energy parameters of the scheme with a double feedback loop is shown. The threshold characteristics of the SBS mirror under study are calculated and good agreement with the experimental data is obtained.     

Bandwidth limited amplification of 220 fs pulses in XeCl

Transform limited pulses of 200–250 fs duration at 308 ns generated by a specially designed excimer laser pumped dye laser system have been amplified in a XeCl gain module. Simultaneous study of the spectrum and the temporal behaviour of the amplified UV pulses showed bandwidth limitation by the gain spectrum of XeCl. This effect is strongly dependent on the operational condition of the amplifier; in a single pass amplification scheme 0.5 mJ, 250 fs pulses, in a double pass arrangement 5 mJ, 220 fs pulses were obtained, with excellent reproducibility.     

全光纤Mach-Zehnder干涉仪及其在光纤自发布里渊散射测量中的应用

从理论上分析了全光纤Mach-Zehnder干涉仪的分光原理,并将所研制的全光纤单通Mach-Zehnder干涉仪和双通Mach-Zehnder干涉仪应用于自发布里渊散射光谱的测量,实现了色散位移光纤中自发布里渊散射与瑞利散射的有效分离.     

宽带超薄完美吸波体设计及在圆极化倾斜波束天线雷达散射截面缩减中的应用研究

为了缩减天线带内雷达散射截面(radar cross section, RCS), 在双频带完美吸波材料的基础上, 通过缩小两吸波率峰值之间的距离, 设计出了一种频带较宽的超薄完美吸波体.该吸波体由两层金属及其中间的有耗介质组成, 底面金属不刻蚀, 顶面由方形贴片和绕其四周的开口方环组成, 该结构具有低频点LC谐振和高频点偶极子谐振的特征.仿真和实验结果表明: 该吸波体具有极化不敏感和宽入射角的特征, 其在厚度小于0.01λ的条件下, 具有8.2%的半波功率相对带宽, 最大吸波率的峰值为91.6%和96.5%. 将吸波体用于圆极化的倾斜波束 (tilted beam, TB)天线, 仿真和测试结果表明: 该天线在保持增益不变的条件下, 不仅轴比得到改善, 有效带宽得到拓展, 且在5.5–6.5 GHz范围内TB天线的RCS缩减至少在3 dBsm以上, 在谐振频点处最大缩减幅度分别为11 dBsm和8 dBsm; 在两谐振点处鼻锥方向-36°–+36°范围内, TB天线的RCS缩减均有明显效果. 关键词： 超薄完美吸波体 TB天线 雷达散射截面 圆极化