等效电路模型在漂移管直线加速器场稳定性调制中的应用

漂移管直线加速器(DTL)通过采用杆耦合器加速结构,实现加速电场的稳定性。为了分析电场稳定性的调制机理,简要说明DTL的腔体结构,并对其进行集总参数的等效模拟,给出等效电路分布。最后着重对耦合杆与漂移管之间相互作用的等效电容进行了仿真研究。针对上述电路分布,采用电路理论分析了高频场扰动及稳定性的实现机理。通过将稳定结构下的等效电容求解结果与该电容的模拟仿真值进行比较,得出稳定状态下的耦合杆与漂移管之间间隙取值的合理区间。最后通过对不同调节条件下的扰动电场进行仿真分析,一定程度上验证了结论的正确性。     

基于电磁超材料的两种等效参数提取算法的比较分析

基于传统反演算法和Kramers-Kronig关系改进算法, 分别提取弱耦合和强耦合超材料渔网结构模型的等效参数, 并对两种算法的有效性及普适性进行了探讨.理论分析及计算结果表明, 传统的反演算法可以准确地反演弱、强耦合情形下电磁超材料结构的等效参数, 但计算复杂度较高;而基于Kramers-Kronig关系的改进算法巧妙地降低了计算的复杂度, 能简单准确地提取弱耦合情形下电磁超材料结构的等效参数, 但对于强耦合情形则不适用, 原因在于强耦合情形破坏了Kramers-Kronig关系的解析且连续性要求. 研究结果拓展了等效媒质理论并可为新的电磁超材料的设计提供理论参考. 关键词： 超材料 反演算法 Kramers-Kronig关系 等效参数     

HIRFL新B1聚束器耦合环的设计与计算

 通过将聚束器腔体等效为RLC并联回路,求得了功率馈入耦合环与腔体的互感及自感的公式,根据对腔体的计算结果求出了在聚束器的工作频段内达到阻抗匹配所要求的互感变化范围,并在该互感变化范围设计了可移动的耦合电感环,计算了它的自感及整个腔体的剩余电感。     

基于BLT方程的双层腔体屏蔽效能计算方法

基于波导理论,将BLT方程进一步拓展,提出一种可快速、准确地计算双层腔体内任意点屏蔽效能的方法。首先将腔体壁孔所在面等效为二端口网络,腔体等效为两端短路的波导,建立信号流图。引入孔阻抗计算二端口网络散射参数,依据信号流图构建广义BLT方程,得到内层腔体中心线上点的屏蔽效能;然后根据波导理论的场分布特性,推导出腔体内任意点电场与腔体中心线上电场的关系,最终得到内层腔体内任意点的屏蔽效能。将计算结果与等效电路法及CST数值仿真结果对比,三者吻合良好,计算结果在较大频率范围内比等效电路法精度更高。该方法可以准确预测双层腔体在0~2.5GHz范围内所有谐振点,有助于分析腔体谐振现象,且计算效率较高,占用资源大幅减少。     

一种内置条状金属板的双层金属腔体屏蔽效能的理论模型

针对复杂屏蔽腔体往往是由多个空间构成的实际情况, 本文构建了内置条状金属板的双层金属腔体物理解析模型, 将外层腔体的近场电磁干扰等效为电偶极子, 基于Bethe小孔耦合理论并利用推广的腔体格林函数推导了内腔体的电磁场分布的近似表达式. 利用该解析模型计算分析了条状金属板的位置和方向对屏蔽效能的影响. 通过计算结果与全波仿真软件CST仿真结果的对比, 证实了本文所建理论模型的有效性, 为复杂腔体屏蔽效能的快速计算提供了理论参考.     

一种考虑小孔尺寸效应的孔阵等效建模方法

对带孔阵腔体的电磁屏蔽特性进行数值计算时,为减少模型网格数量并降低孔阵建模复杂度,提出一种考虑小孔尺寸效应的孔阵等效建模方法.首先将孔阵等效为面积相同的单孔,然后根据孔数量对单孔尺寸进行缩小.利用孔阵导纳理论和数值仿真拟合方法分别建立缩小比例与小孔数量的关系,对比得出拟合方法得到的缩小比例公式精度较高的结论.通过改变干扰源、监测点位置、孔阵面积、孔阵位置、小孔形状及腔体尺寸等参数,验证了等效方法的适用性.孔阵等效建模方法能在保证仿真精度的前提下显著减少网格数量,可为大型复杂腔体屏蔽特性的数值计算提供一种有效的简化手段.     

基于天线辐射理论构建微波混沌腔的随机耦合模型

为了能够快速有效地求解电大复杂腔体(微波混沌腔)的电磁耦合问题, 文中采用统计电磁学方法研究了该类腔体电磁散射的统计特征. 首先, 根据天线辐射理论, 利用电磁场的本征模展开式建立了腔体耦合输入阻抗表达式. 其次, 利用波动混沌理论和概率统计方法进一步推导出了微波混沌腔的随机耦合模型. 该方法简单并且可以直接推导出三维模型. 最后, 构建了一个三维Sinai微波混沌腔并进行数值仿真实验, 其仿真实验结果与随机耦合模型计算结果的统计特征基本一致. 重要的是, 该模型与复杂腔体的细节特征无关, 能够快速有效地预测微波混沌腔的敏感耦合问题. 关键词： 统计电磁学 微波混沌腔 输入阻抗 随机耦合模型     

含腔电大尺寸导体目标电磁散射的一体化数值模拟

应用等效原理，通过引入口面上等效磁流将含腔导电目标电磁散射简化为腔内、外两个等效 问题. 腔内问题分段求解并应用级联法获得口面等效导纳矩阵；腔内外的耦合关系应用近似 边界元方法描述并由此获得口面等效磁流；最后，这一具有混合源的腔体内外一体化散射问 题则应用所提出的广义混合场积分方程方法建立电磁模型，并用多层快速多极子方法实现高 效数值求解. 实例计算结果与测试结果具有很好的一致性. 关键词： 含腔目标 电磁散射 混合场积分方程 数值分析     

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。     

ACEL矩阵屏的拓扑与容抗特性

交流矩阵显示屏在直流脉冲驱动过程中存在“交叉效应”问题,其原因在子象元点之间电容互相耦合作用.分析并定量计算这种耦合作用,以及确定备象元上的电压分布关系,对于改善图象质量、降低电源功耗有着重大意义.本文提出一个三维拓扑结构来模拟交流矩阵屏.避过分折该拓扑中节点与支路关系,推导出直流脉冲驱动时各种情况下屏的等效电容计算公式和象元电压分布公式.文章所提出的公式简单、直观、严格,并给出了证明.这些公式对指导此类屏的驱动电路设计具有一定意义.     

速调管双间隙双耦合口输出结构

基于等效电路理论,提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件,设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后,将两者的阻抗频率特性进行比较,通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸,可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。     

0.3 THz TM10, 1, 0模同轴耦合腔链

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔,讨论了TM_{m, 1, 0}模,TM_{m, 2.0}模与TM_{m, 1, 1}模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系,并给出了工作模式的选择依据。在此基础上,提出了一种新型的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链,使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真,并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明:对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链,采用TM_{10, 1, 0}模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗,但模式间隔较小,因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。     

外加载谐振腔的理论计算与分析

 通过建立外加载谐振腔的等效电路模型,给出了加载以后外加载谐振腔的频率、品质因数和间隙阻抗的解析计算公式,并使用电磁场模拟软件证明了计算结果的正确性。由计算和模拟结果显示,在使用谐振腔加载的方法降低品质因数的同时,还可以利用模式重叠进一步展宽频带。由等效电路模型分析了主腔和负载腔的品质因数、主腔和负载腔之间的频率差以及耦合口的大小对加载后谐振腔的品质因数和间隙阻抗的影响。     

大耦合孔同轴输出腔的3维解析分析

 在高功率微波器件中，通常采用大耦合孔的同轴微波输出腔，该腔为3维结构。采用场等效原理将腔体、耦合孔及其输出负载(行波边界)进行分区,每个区域中的场由界面上的磁流密度决定。采用格林函数积分法可得每个区域中的3维场,再由各个区域的场匹配方程求得腔体的谐振频率、特性阻抗、有载品质因数、模式分布等参数。为腔体的计算和设计提供一种计算模型。     

基于阻抗模拟的等效电磁参数研究

为能够较好的计算混合介质等效复介电常数和复磁导率, 提出了一种基于等效电路理论的阻抗模拟方法.导出了材料的电磁参数与材料容抗、感抗之间的对应关系, 并建立了能够较完整、精确地刻画实际复合材料的模型.通过求解混合介质的等效阻抗, 进一步反演其等效电磁参数.将计算结果与经典理论公式以及基于有限差分的数值方法进行了比较, 结果都符合得很好, 说明该方法可以用于计算材料的等效电磁参数.另外, 引入薄膜层结构来刻画表面效应等因素, 使得计算结果更加符合实验结果, 弥补了经典公式在这方面的不足, 同时也体现了该方法在刻画实际模型时所具有的优势. 关键词： 等效电磁参数 阻抗模拟 等效电路 混合介质     

柱面天线射频感性耦合等离子体放电模式特性的实验研究

利用Z-scan、电流、电压探头,通过测量等离子体吸收功率、天线电流、电压、等离子体直流悬浮电位等多种参数,研究了匹配网络、天线耦合强度、导电地面积、气压等多种因素对E,H放电模式特性及模式转化行为的影响.基于Γ型阻抗匹配网络中串联电容对射频电源输出功率的影响,提出了E—H放电模式转化的正负反馈区概念.研究发现：在相同的其他放电条件下,处于正反馈区时等离子体放电易于产生跳变型模式转化,而且模式跳变的临界天线电流、回滞宽度、跳变临界功率、跳变功率差等参数均随阻抗匹配网络参数产生明显变化;在负反馈区内,模式转化过程趋于连续.由于阻抗匹配网络的影响,E—H模式的跳变电流并不是总大于H—E模式的跳变电流.在不同导电地面积、阻抗匹配网络、气压下,模式转化过程中等离子体直流悬浮电位的变化呈现多样性. 关键词： 射频等离子体 感性耦合 容性耦合 模式转化     

基于Wheeler's Conforming Mapping扩展变换法的聚合物电光调制器特性研究

基于Wheeler变换模型,提出了一种分析多层介质微波特征参数的方法--Wheeler's Conforming Mapping扩展变换法,并利用该方法得到了微波特征参数与各层介质参数之间的表达式,在此基础上分析了微带电极的微波特性参数. 与准静态有限元法(QS-FEM)相比,Wheeler's Conforming Mapping扩展变换法不仅计算准确而且具有更高的计算效率. 将该方法应用于聚合物电光调制器的特性研究,对传统模型进行改进,通过添加补偿层来调整微波等效折射率和特征阻抗,改善微波与光波有效折射率的失配度,在理论上实现了聚合物电光调制器的速率和阻抗的同时匹配. 关键词： Wheeler扩展变换法 微带电极 特征参数 等效介电常数     

声腔对电动式换能器工作特性的影响

传统的电动式换能器设计理论中,未考虑压力补偿系统等声腔结构对声学性能的影响,声源级理论设计结果与实测结果存在较大差别.研究中将电动式换能器内部的三段气腔视为突变截面声腔结构,给出了声腔的四端网络等效电路,将其作为辐射面的负载添加到电动式换能器的传统等效电路中,获得了电动式换能器改进的等效电路.基于改进的等效电路求解了带...     

HIRFL注入器高频腔体与高频机的匹配

 叙述了兰州重离子加速器注入器(SFC)高频系统的200 kW高频机与高频腔体的功率匹配,匹配测量系统的工作原理,以及对匹配系统的改进和完善,并对高频腔体的输入阻抗和耦合电容进行了计算。为提高高频系统的稳定性和可靠性,对影响高频功率传输和D电压提高的问题进行了深入的研究和改进。采用矢量阻抗仪冷态测量腔体匹配阻抗的方法和一些相应的技术和措施,用矢量电压表动态测量功率输出级的相位差,判断D电路是否工作在匹配状态,从而使SFC的D电压由原来的50~65 kV（不稳定）提高到稳定工作的105 kV,改善了SFC的工作状态和保证了SFC的高效运行。     

同轴-环形TSV电学性能

针对性能优越的同轴-环形硅通孔（Coaxial-Annular Through Silicon Via,CA-TSV）结构,提出特征阻抗、功率、时间常数及寄生参数的解析模型,研究结构参数对电学特性的影响,并通过HFSS软件对S21参数进行验证.结果表明：增加CA-TSV的内径或减小其外径可以有效减小特征阻抗,而减小其内径或增加其外径可以有效减小功率;增加CA-TSV的内径或外径可以有效减小RC等效电路的时间常数,而增大其内径或减小其外径可以有效减小RL等效电路的时间常数;增加CA-TSV的内径或外径可以有效减小电阻并且可以使电容值显著提高.