相对论返波管频率特性研究

研究了等离子体填充下相对论运该管的频率特性。结果表明，随着等离子体浓度增加，返波管的振荡频率明显上移；对空波导情况，实验结果同理论分析结果是相符的。

非磁化等离子体填充的相对论返波管的粒子模拟

对非磁化等离子体填充的相对论返波管进行了粒子模拟分析 ,结果表明在一定的等离子密度范围内 ,观察到电子注的良好传输 ,得到了高功率电磁波输出。等离子体密度变化过程中 ,输出存在有峰值功率点。通过粒子模拟清晰地观察到注、等离子体及波相互作用的物理过程 ,并且模拟结果解释了部分实验现象。

双波段高功率微波源的实验研究

简述了双波段高功率微波源的基本工作原理，详细介绍了整个实验系统并给出实验结果。实验中成功地引出了两束同步的相对论电子注，并且在３ｃｍ相对论返波管及８ｍｍ相对论奥罗管中均得到ＭＷ级的峰值功率。

等离子体部分填充的波纹慢波结构中电磁波色散特性

对有限厚环形等离子体层填充的波纹慢波结构中电磁波色散特性进行了分析。研究结果表明,对于ω>ωp的高频TM0n模,模式色散曲线随等离子体密度的增加而上移;ω≤ωp的低频等离子体模为一系列呈周期变化的密度谱,部分模式能与电子注发生较强的同步互作用。等离子体模的时间增长率随等离子体密度的增加快速增加,而TM0n模则快速减小或缓慢增加,因此在较高的等离子体密度下,高频模式可能被抑制。

相对论磁控管的实验研究

简要分析了相３对论磁控管的主要特点与问题，编制了谐振系统数值计算程序，通过数值计算与冷测，对不同阴极尺寸与输出结构的磁控管进行了研究，清晰地描述了磁控管的振荡模式与简并现象。制作了Ａ６型相对论磁控管并进行了热测实验，研究了输出功率与工作磁场的关系，经过大量优化工作，在Ｓ波段获得了３８０ＭＷ的微波辐射。

A6磁控管谐振系统的计算与模拟分析

利用等效电路法和高频分析软件 (HFSS)对 A6相对论磁控管谐振系统进行了理论计算与模拟分析 ,着重考虑了相对论磁控管端帽的引入对谐振频率的影响。模拟和冷测均表明 :相对论磁控管端帽的引入将对谐振频率造成一定影响 ,在端帽的某些尺寸下 ,同一模式将会分裂出两个谐振频率。这将加剧磁控管内部的模式竞争而不利于磁控管的工作。

Ka波段绕射辐射振荡器的辐射功率测量

给出了Ka波段相对论绕射辐射振荡器(RDG)的辐射功率测量方法和实验结果。器件采用带反射器两段式过模慢波结构,由于器件的过模结构特点,实验选择用空间积分方法测试辐射功率。在准确标定测量系统的基础上进行了热测实验,得到了辐射模式图和辐射总功率。测试结果表明:微波辐射功率超过300MW,信号脉宽大于10ns,辐射频率介于34～38GHz之间,辐射模式为TM0n模。

永磁体相对论磁控管的实验研究

简要分析了永磁体相对论磁控管的主要特点与基本原理 ,编制了永磁系统数值计算程序 ,设计制作了相对论磁控管用永磁体并进行了测试。根据所得的磁场数据对相对论磁控管进行了模拟设计与实验研究。在 S波段得到了 4 3 0 MW左右的微波输出功率。

开放光栅中史密斯-帕塞尔超辐射机理研究

采用理论分析和粒子模拟相结合的方法,对连续电子注通过平板矩形光栅产生毫米波段史密斯-帕塞尔(SP)超辐射机理进行了研究.研究结果表明:选择恰当的电子注与光栅尺寸参数,光栅表面慢波将与电子注互作用,使电子注产生群聚,群聚的电子束团将在光栅表面产生史密斯-帕塞尔超辐射,其辐射频率为电子注与光栅表面慢波互作用同步点频率的整数倍,其辐射角度方向与史密斯-帕塞尔公式所预期的基本一致,表面慢波由于光栅的有限长度也能在其端头以一定的形式辐射出去.

混合并行技术在FDTD计算中的应用研究

为提高网络环境下细粒度并行FDTD计算的性能,引入局域网两层并行能力的概念,发展了一种高性能的混合并行FDTD算法。在该算法中,通过利用MPI与OpenMP多线程技术,在传统域分解FDTD算法基础上,实现了数据与任务的两层并行化。作为算法实现的应用,对一种常见的车载隐藏式印刷天线进行了模拟研究。计算在不同数量的PC机上执行,并与传统的网络并行FDTD算法进行了比较。数值结果表明,当域分解粒度较小时,该混合并行方法能够有效地提高局域网并行FDTD的算法性能。

太赫兹频段一维介质光子晶体中的史密斯-帕塞尔辐射特性模拟

基于Smith-Purcell(SP)效应,采用粒子模拟的方法探讨了电子束团激发一维介质光子晶体中的SP辐射特性.模拟研究了单个束团激发一维介质圆柱光子晶体产生的SP辐射现象,并对周期束团激发的THz频段的相干SP辐射进行了模拟分析.研究表明,提高介质的相对介电常数和增加光子晶体的层数都可使辐射强度增加,选择合适的参数能够有效地增强THz频段的相干SP辐射强度.

高功率相对论返波振荡器的研究

本文用自洽的线性场理论对相论返波管进行了分析和数值计算，预见出器件的工作频率及特性．报道了Ｘ波段相对论返波管实验结果：器件在束流１８ｋＡ、束能４５０ｋｅＶ的相对论电子注驱动下，在中心频率９３０ＧＨｚ处产生了峰值功率达１００ＭＷ的微波辐射．运用全电磁的相对论的２１２维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟了返波管中注波互作用的非线性过程．最后对实验结果，线性理论分析结果，ＭＡＧＩＣ模拟结果进行了全面的比较．

BWO慢波结构几何参数的研究

推导出了相对论返波管（ＢＷＯ）的色散方程，通过数值计算的方法，分析了慢波结构的几何参数（波纹深度和波纹周期长度）对相对论返波管的电子调谐性能、频带宽度及增长率等参量的影响。

Ka波段金属光子带隙慢波结构的特性分析

本文研究了由金属光子带隙结构以及金属膜片构建的Ka波段慢波结构的色散特性、工作模式的电场及耦合阻抗。结果表明,采用PBG缺陷结构的平均半径作为封闭边界代替PBG慢波结构的开放边界,从而由色散方程快速得到色散特性,数值计算的结果与模拟及实验结果基本一致;进一步研究表明,工作模式的电场以及耦合阻抗主要分布在慢波结构表面附近。

基于映射文件的电磁并行FDTD算法实现研究

为简化并行FDTD算法实现,提出一种新的基于映射文件技术的解决方法。对于并行FDTD算法的两个关键环节:场值数组定义和子域间通信在该方法中借助操作系统的映射与重定向功能来实现,由于屏蔽了子域间显式的通信操作,将大幅度降低并行FDTD算法实现的复杂度。数值模拟实例和相关的性能比较验证了新方法的可行性与便利性,所得加速比、并行效率等性能指标参数与通常的MPI消息传递方法基本相当。

S波段相对论Klystron双流放大器的粒子模拟

相对论双流放大器是一种结构简单、高增益、高效率的高功率微波器件 ,它的主要作用机制是两个同心环形电子束之间的双流互作用。利用 MAGIC粒子模拟程序 ,对 S波段的相对论双流放大器进行了粒子模拟 ,研究了相对论双流放大器的双流互作用机制 ,进一步认识了作为相对论双流放大器的放大机制的双流不稳定性 。

高功率同轴波导Ubitron放大器的高频特性研究

用三维非线性理论,对高功率同轴波导Ubitron放大器进行了研究。该Ubitron放大器采用环形相对论电子注与同轴波导的TE01模相互作用。通过数值模拟,在Ku波段得到了2.24MW的输出功率,其效率为10.9%,带宽为35%。数值计算结果表明:电子注的自场导致饱和功率减少,频带变窄,增益下降。使用摇摆器幅值渐变,器件工作效率从10.9%提高到12.3%。

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速。但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难。90年代末,随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生。为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法。

第一、二类复宗量贝塞尔函数的数值计算方法

利用贝塞尔函数的加法公式，巧妙地处理了复宗量贝塞尔函数，把复宗量贝塞尔函数转化成实宗量贝塞尔函数，从而可以利用一般的程序进行数值计算。

光子晶体并行Matlab仿真研究与实现

由于Matlab软件的网络通信局限,使得在并行时域有限差分(FDTD)计算仿真中,难以实现子域间的消息发送与接收操作。针对这个问题,提出一种新的基于磁盘-内存互逆映射的解决方法,在简化并行FDTD算法实现的同时,显著提高了算法执行性能。作为算法实现的应用,对光子晶体光波导的电磁耦合效应进行了数值仿真研究,结果证实:波导耦合区域内不同半径比介质柱所导致的结构变化将造成耦合长度的改变,且其耦合关系曲线具有平稳区与迅变区两类不同特性的变化范围区间。