带电粒子的瑞利散射研究

研究带电粒子对电磁波的散射,对认识电磁场规律及云层探测、雷电预警等具有重要意义;根据带电粒子的米氏散射理论,对散射系数进行简化,得到了带电粒子在瑞利散射条件下,散射系数与面电导率和电磁阻抗系数的关系;计算了瑞利散射条件下,不同面电导率的粒子的电磁波散射系数,在粒子尺度较小时,瑞利散射公式与米氏散射公式计算结果一致。粒子表面所带电荷改变了面电导率,当面电荷使面电导率达到毫西门子量级时,就会使散射系数有明显增加,随着面电导率的增加,散射系数会有较大变化;对尺度系数较小的粒子,散射系数较小,但带电后散射系数与中性时的散射系数之比较大,并随着电导率的增加趋于一个恒定值,大小与粒子的介电系数有关,对球形水滴这一恒定值约为24。     

基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感的计算

提出了一种基于粒子模拟的磁绝缘传输线等效电容和等效电感计算方法,在层流模型得到的同轴磁绝缘传输线等效电感和等效电容理论公式中引入修正因子,对粒子模拟所得结果进行数值拟合,获得了等效电容和等效电感修正因子依赖于电压的拟合表达式,修正后的等效电容和等效电感理论公式与粒子模拟结果符合较好,所得结果可用于磁绝缘传输线的等效电路建模。     

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     

全电离氢等离子体的电导率

主要研究了全电离等离子体的散射相移、传输截面和电导率.相移应用WKB方法计算,且计算结果与使用精确计算方法得到的结果非常一致,证明了所用计算方法的正确性和准确性.在对传输截面的计算中,观察到了形状共振,这种共振是由于半束缚态的消失产生的.电导率的计算应用了Chapman-Enskog方法,并与其它理论和实验结果进行了比较.     

全电离氢等离子体的电导率（英文）

主要研究了全电离等离子体的散射相移、传输截面和电导率.相移应用WKB方法计算,且计算结果与使用精确计算方法得到的结果非常一致,证明了所用计算方法的正确性和准确性.在对传输截面的计算中,观察到了形状共振,这种共振是由于半束缚态的消失产生的.电导率的计算应用了Chapman-Enskog方法,并与其它理论和实验结果进行了比较.     

线圈型全光纤偏振器的研究

本文采用等效电流法对线圈型全光纤偏振器进行了分析计算.对应于保偏光纤中两正交传输基模的消光比,提出了一种分析保偏光纤弯曲损耗的新方法,这种方法基于将保偏光纤两个不同偏振模式分别等效为两个普通圆光纤的基模,等效参数通过测量不同偏振模式的模场半径来确定.实验证明这种理论计算方法与实验结果一致.最终,我们研制出的线圈型光纤偏振器在1.31μm工作波长下,实测消光比达30dB以上,工作偏振模式插入损耗≤3dB.     

SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.     

穿孔管消声器声学长度修正的理论公式

推导出穿孔管消声器声学长度修正以及共振频率的理论公式。证明了在均匀分布情况下,多小孔向膨胀腔声辐射与单个小孔向膨胀腔声辐射的声学长度修正系数是一致的。对于小孔向主管道的声辐射,根据理论公式研究了穿孔率、周向均布数以及亥姆赫兹数对声学长度修正的影响,有限元计算得出在直径比小于0.4的情况下声学长度修正系数理论公式与仿真计算结果吻合良好。并利用理论公式的性质以及仿真结果获得了实用的拟合公式,提升了穿孔管消声器在高频时共振频率的计算精度。      

Talbot效应的简单解释

从双缝干涉的简单理论出发,将光栅分解为许多组双缝,利用人们熟知的干涉条纹间距公式导出Talbot成像位置,结论与Talbot效应公式一致。并由实验证实,在(2 m 1)d2/λ(m为正整数)的位置得到的为横向平移d/2的周期像,并非原周期性物的负反差像。     

利用虚光子理论对轴沟道辐射的分析

 考虑电子的反冲的影响，利用虚光子与相对论电子的康普顿散射理论对轴沟道辐射进行了研究。在与电子纵向运动静止的坐标系中，把晶格场等效为虚光子。当虚光子与作沟道运动的电子发生康普顿散射时，虚光子就会转化为实光子辐射出去。根据该理论，得到了含有康普顿波长项的轴沟道辐射的精确波长表达式，其近似式就是经典理论推导的公式；同时得到了单电子轴沟道辐射的光子产额和辐射功率的公式，结果也与经典理论公式一致。     

0.22 THz折叠波导行波管初步实验研究

探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22 THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22 THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2107 S/m。以此为基础设计和制得了国内第一支0.22 THz折叠波导行波管,经过测试和标定得到输出功率大于100 mW,带宽3.5 GHz的初步实验结果。     

220 GHz 折叠波导慢波结构

 优化设计了一种220 GHz的折叠波导慢波结构的尺寸,对其冷测特性如色散、耦合阻抗和衰减进行了分析。理论分析和软件仿真结果表明设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,较高的耦合阻抗和较低的电路衰减。互作用模拟表明,在电子注电压为20 kV,电流为10 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有14.5 dB的增益,3 dB带宽为16.3 GHz（211.9～228.2 GHz）。     

变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决工作在3 mm波段及以上频段的折叠波导行波管因加工精度和功率容量的局限性, 提出了非渐变型有限变周期折叠波导慢波结构. 首先给出了这种结构能够有效增大高次空间谐波耦合阻抗的理论基础, 并导出了色散和耦合阻抗表达式; 然后进行数值计算, 给出一组优化后的设计参数, 并以此确定行波管的工作点; 最后利用MAFIA粒子模拟软件进行大信号互作用模拟, 获得有效增益. 在结构和周期都比较大的情况下, 实现了相对工作电压比较低的行波管设计. 关键词： 折叠波导 变周期 高次模式 行波管     

石墨泡沫新材料导热的分形模型

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质。本文在实验获取这种新型多孔材料的基础上,建立了基于分形理论的材料结构和导热模型,采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式,计算了石墨泡沫的剖面孔隙面积分形维数和等效导热系数.     

Linear Analysis of Folded Double-Ridged Waveguide

A novel slow-wave structure (SWS), the folded double-ridged waveguide structure, is presented and its linear gain properties are investigated. The perturbed dispersion equation is derived and the small signal growth rate is calculated for dimensions of the ridge-loaded region and the parameters of the electron beam. The novel structure has potential applications in the production of high power and broad band radiation. For a cold beam, the linear theory predicts a gain of 1.1-1.27dB/period and a 3-dB small-signal gain bandwidth of 30% in W-band. A comparison between the folded double-ridged waveguide SWS and folded waveguide SWS (FWSWS) shows that with the same physical parameters, the novel SWS has an advantage over the FWSWS on the bandwidth and electron efficiency.     

Investigation of a wideband folded double-ridged waveguide slow-wave system

The folded double-ridged waveguide structure is presented and its properties used for wide-band traveling-wave tube are investigated.Expressions of dispersion characteristics,normalized phase velocity and interaction impedance of this structure are derived and numerically calculated.The calculated results using our theory agree well with those obtained by using the 3D electromagnetic simulation software HFSS.Influences of the ridge-loaded area and broad-wall dimensions on the high frequency characteristics of the novel slow-wave structure are discussed.It is shown that the folded double-ridged waveguide structure has a much wider relative passband than the folded waveguide slow-wave structure and a relative passband of 67% could be obtained,indicating that this structure can operate in broad-band frequency ranges of beam-wave interaction.The small signal gain property is investigated for ensuring the improvement of bandwidth.Meanwhile,with comparable dispersion characteristics,the transverse section dimension of this novel structure is much smaller than that of conventional one,which indicates an available way to reduce the weight of traveling-wave tube.     

Theoretical Study for Folded Waveguide Traveling Wave Tube

A wideband folded waveguide traveling-wave tube (TWT) amplifier has advantages of simpler coupling structures and robust structure over the conventional helix TWT. The phase velocity of waves in folded waveguide is slowed down to the velocity of electron beam. Slow-wave interaction with the electron beam in folded waveguide is studied in a linear fashion. For a cold beam, the linear theory predicts a gain of 2 dB/cm and a bandwidth of 37% at the center frequency of 14 GHz. A closed algebraic dispersion relation for the frequency and the axial phase shift per period is obtained using an equivalent circuit model. Numerical solution calculated from the dispersion relation and three-dimensional electromagnetic code, HFSS simulations predict a mode coalescing in the folded waveguide. And a theoretical phase velocity prediction of the electromagnetic wave in this circuit is verified by HFSS simulations.     

快速优化折叠波导器件中矩形过渡结构的理论方法（英）

本文推导了基于模式耦合理论的方程组,用于加快和简化折叠波导器件中矩形过渡结构的设计过程。作为功率耦合结构的一个重要组成部分,两种常用的结构将被考虑用来匹配折叠波导慢波结构的矩形波导TE10模式和标准输出矩形波导中的TE10模式。通过比较发现,在同样的反射水平下,锥形过渡结构比阶梯过渡结构长得多,但同时前者却自然具有更快的带宽和对结构误差不敏感的特性。作为算例,设计了220 GHz折叠波导返波管中可能用到的阶梯过渡结构和锥形过渡结构,并进行了误差分析。设计过程中用到的理论方法最终用数值模拟的方法进行了验证,取得了很好的一致性。基于该高精度理论方法的设计耗时不过几分钟。     

新型高增益太赫兹折叠波导慢波结构

提出采用分段变参数型折叠波导慢波结构提高器件增益的新方法。结合小信号理论分析和束-波互作用的三维PIC数值模拟,进行分段变参数型慢波结构的理论设计研究。通过0.345 THz两段式折叠波导慢波结构的设计实现和模拟验证,结果证明, 相同的电子注工作条件下,两段式慢波结构的电子转化效率和饱和功率相对于传统均匀型慢波结构提高了94%,并可以推广应用到多段式。     

回旋管输出窗热性质的研究

一、引 言 输出窗是回旋管的能量输出端口,它的特性直接影响到回旋管的性能和寿命。输出窗的设计包括电特性和热特性的研究。当输出功率增加时,热特性的研究变得非常重要以便寻求合理有效的冷却措施。 输出窗由波导和介质片(块)两部分组成。回旋管的输出波导是圆波导,介质一般做成