基于多径信道模型研究时间反演腔的反演特性

基于时间反演腔的电磁波时间反演技术在许多方面有着潜在的应用,如脉冲压缩、功率合成、微扰探测、波束成形等.其中,时间反演腔通常采用具有多径传输特征的微波混沌腔.利用衍射理论,虽然可以证明这类腔体在时间反演过程中具有时空聚焦特性并可用于脉冲压缩,但是它不能用于分析腔体的反演性能.为了得到一个合适的分析方法并可用于指导时间反演腔设计,本文基于信道理论,分析电磁波传播的散射、扩散和衰减特性,构建了时间反演腔的多径信道模型,并详细研究了路径之间的串扰特征,给出反演重构信号的时间旁瓣产生机理、时移特征以及对主瓣的干扰情况.另外,根据随机平面波假设,还分析了空间焦斑的分布特征.实际焦斑大小不但受限于衍射极限而且还与初始焦斑大小有关.这些理论分析结果与实验和数值仿真结果基本一致.     

HPM效应实验中区间删失数据的处理与统计分析

在HPM效应实验中经常可以获得区间删失数据,为了能够合理利用这类数据对HPM效应进行有效分析,需要对它进行处理。根据电子器件的微波失效机理和实验现象,基于插值方法的思想,在充分利用删失数据信息情况下建立了不同阶插值精度的数据处理方法。理论分析可知,高阶精度处理方法要优于低阶精度方法。此外,根据构建的区间删失数据,通过统计分析可知,处理后数据与原始数据在统计意义上没有显著差异,可用于HPM效应研究,为数据的可靠分析提供了有利支撑。     

HPM效应实验中区间删失数据的处理与统计分析

在HPM效应实验中经常可以获得区间删失数据,为了能够合理利用这类数据对HPM效应进行有效分析,需要对它进行处理。根据电子器件的微波失效机理和实验现象,基于插值方法的思想,在充分利用删失数据信息情况下建立了不同阶插值精度的数据处理方法。理论分析可知,高阶精度处理方法要优于低阶精度方法。此外,根据构建的区间删失数据,通过统计分析可知,处理后数据与原始数据在统计意义上没有显著差异,可用于HPM效应研究,为数据的可靠分析提供了有利支撑。     

0.14 THz过模表面波振荡器初步实验研究

为获得大功率太赫兹源,对基于表面波振荡器的相对论太赫兹源进行了初步的实验研究。为便于机械加工和实验装配,器件采用过模矩形波导慢波结构。利用理论分析和数值模拟得到的参数,在CKP1000加速器上进行了实验。功率测量采用辐射场功率密度积分方法,频率测量采用截止波导滤波法。在电子束压为320 kV、电子束流强度为2.1 kA、引导磁场为5 T条件下,实验获得频率0.136 THz以上、脉冲宽度为1.5 ns和辐射功率约2 MW的太赫兹信号输出。     

一种太赫兹脉冲探测芯片性能分析

针对一种已经完成模拟设计、工艺研究及成品开发,且线度仅为百m量级的太赫兹脉冲热载流子探测芯片展开了几何参数及电参数测试,并对其性能进行了分析探讨。结果表明：探测芯片具有较小的几何加工偏差和良好的欧姆接触效果;模拟计算的结果表明这种量级几何加工偏差对相对灵敏度影响可以忽略;综合分析各种测试测量结果,进一步验证了芯片开发工艺和测试结果的有效性。     

复杂腔体本征电磁场空间分布的统计方法

 利用半经典近似方法分析了电大复杂腔体内电磁波传播的混沌特征,从而引入了3维矢量本征函数的随机平面波假设。根据电磁波传播的随机极化特征,利用统计方法推导出基于该假设本征电磁场空间分布的统计模型。应用数值方法对3维Sinai微波腔体进行模拟计算,其计算结果与统计模型符合较好。这些统计模型与腔体的具体细节特征无关。     

超宽带脉冲环境下射频滤波器非线性响应分析

实验研究发现,射频滤波器在连续波和超宽带脉冲条件下其带外传输性能基本一致,但在带内某些频段,超宽带脉冲环境下滤波器的传递函数远大于1。此外,滤波器在超宽带脉冲下的时域响应还出现了脉冲振荡特征。针对这些现象,从滤波器的非线性无源互调和Q值效应的两个方面,分析了滤波器在超宽带脉冲作用下的响应机理,初步解释了上述现象。此外,通过不同辐射场强下的测量结果可知,滤波器无源互调还出现了非线性现象,使得测量结果的普适性受到一定限制。基于传递函数的预测结果表明,连续波测量结果的预测波形无论是从能量上还是从峰值功率上都明显小于实测结果。这些都反映出,滤波器在超宽带脉冲环境下的响应机理与在连续波环境下的响应机理明显不同,其预测结果也差异较大。也就是说,连续波测量结果不可用于超宽带脉冲的效应分析和评估。     

3维微波腔体本征频率的统计分析

应用电磁波反射理论,研究了3维微波腔体本征频率的分布特征。在电大条件下,矢量电磁场本征值的平均密度函数满足Wely公式。基于波动混沌理论,推导出了规则腔体与复杂腔体本征值平方归一化相邻间距分别服从Poisson分布和Wigner分布。对于满足Wigner分布的随机变量,给出了高斯正交系综随机矩阵的统计模拟计算方法。应用数值模拟计算结果初步验证了理论分析结果。     

TRC路径特征及其对时间反演信噪比的影响

时间反演具有时空聚焦特征,在许多方面有着潜在的应用。其中,基于时间反演腔的系统是一种主要的反演系统,可用于脉冲压缩、波束成形、微扰探测等。时间反演腔通常是一个电大的微波混沌腔,内部电磁波的传播具有明显的多径特征,即时间色散特征。因此,在时间反演过程中,反演腔可对反演信号进行相位补偿,重构出初始信号,从而在初始位置形成脉冲的时间压缩和空间聚焦。为了拓展时间反演腔的实际应用,本文基于多径信道模型研究腔体参数对反演性能的影响,重点分析路径的衰减特征、串扰特征和叠加特征对反演信噪比的影响,并总结给出影响反演信噪比的主要参数以及基本规律。     

过模结构0.14 THz高功率脉冲探测器研制

基于n型硅在强电场下的热电子效应,初步研制了一种采用过模结构的0.14 THz高功率太赫兹脉冲探测器。该探测器由基模波导WR6、过渡波导、过模波导WR10, n型硅探测芯片和偏置恒流源组成。模拟分析了探测器的工作过程,给出了相对灵敏度表达式,结果表明过模探测器能很好地工作在TE10模式。合理设计了探测芯片的结构参数和加工工艺,完成了探测芯片的加工和探测器样机的制作。将探测器样机在0.14 THz相对论表面波振荡器的辐射场进行了初步的验证性实验,并与二极管检波器的测量结果进行了对比分析。结果表明：过模探测器样机的响应时间在ps量级,相对灵敏度约为0.12 kW-1,最大承受功率至少为数十W,可用于0.14 THz高功率脉冲的直接探测。