用于材料毫米波介电特性测试的光子晶体谐振器研究

在微波能应用研究中,材料的介电特性是其重要特性,决定了材料被微波的处理能力。为开展毫米波频域的微波能应用研究,本文研究了一种用于材料毫米波介电特性测试的光子晶体谐振器。该谐振器基于三角晶格分布的光子晶体结构,所设计介质光子晶体的带隙为87~107 GHz。在其基础上,通过增加线缺陷和两个锥形结构形成直接与WR-10波导相连接的介质光子晶体波导,通带范围为88~99 GHz。在此介质光子晶体波导的中心增加直径为d=0.51 mm的通孔,构成光子晶体谐振器。向谐振器中心通孔放入待测量的介质材料,待测材料的介电常数将对谐振腔的谐振频率产生影响,通过测量谐振频率的变化,则可得到待测材料在88~99 GHz频段的介电常数。通过CST仿真研究,所设计的结构可以对高介电常数材料的介电特性进行测试,可测量材料的介电常数测量范围在67~94.5 GHz之间。

面向微波能应用的30 GHz连续波回旋管

国际电联3区和我国无线电频率划分规定中,可用于工业、科学和医疗应用的频率已提升至毫米波频段。为了推动我国微波能应用向更高频率的毫米波频域发展,报道了一支为微波能应用研究开发的30 GHz连续波回旋管。通过理论设计和实验验证了该回旋管可在4.2 kV、300 mA工作电压、电流下实现100 W以上连续波功率输出,输出频率30.14 GHz,器件工作模式TE 01模式,实验结果与理论设计基本吻合。

220GHz回旋管模式竞争分析和数值模拟

当回旋管的工作频率提高时,为了增大腔体的半径,通常选择高次模式作为工作模式,这时回旋管中可能存在模式竞争,该文采用线性理论及多模非线性理论分析了所设计的220GHz回旋管振荡器中的模式竞争问题。编制了起振电流和多模非线性注波互作用计算程序,通过数值模拟计算出每个模式的输出功率对时间的变化情况,验证了回旋管中可能存在的3种平衡状态,证实了设计的合理性。

太赫兹回旋管研究进展

回旋管是一种基于电子回旋谐振受激辐射的快波器件,是目前太赫兹波段输出功率和效率最高的重要器件,本文给出了目前国内外太赫兹回旋管技术的发展状况,分析了太赫兹回旋管的特点和应用前景。

Cusptron自洽非线性分析

以自洽非线性理论对Ｃｕｓｐｔｒｏｎ振荡器进行数值模拟，分析了电子注及高频结构参数对振荡器效率、频偏，热Ｑ的影响，有关结果有助于该类振荡器的优化设计。

内外开槽高次谐波回旋管自洽非线性理论

本文采用自洽非线性理论对内外开槽结构高次谐波回旋管进行了数值计算,发现这种结构有利于实现高次谐波相互作用,互作用效率高达30％以上,能与普通回旋管相比拟。

角向多导体波导高频场分析

本文采用场匹配法导出角向多导体波导的截止波数和高频场分布的解析表达式，通过数值计算研究了场分布特性。

220GHz回旋单腔管的设计

根据回旋管的线性理论和回旋管自洽非线性理论设计出工作频率为220 GHz,工作电压为20kV,工作电流为2 A的回旋单腔振荡管,采用的工作模式为TE03模。利用粒子模拟软件MAGIC对设计方案进行验证,得到的注波互作用效率达到37%,平均输出功率为15 kW。

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上,利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究,得到了清晰的时空分辨图像;采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果;两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长,也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。

有限磁场下等离子体填充的波纹波导中波传播理论

给出了有限磁场下波在等离子体填充的波纹波导中传播的分析理论。推导出作为普遍严格公式的场分量的弗洛奎展式、本征值表达式以及色散方程。在某些特定情况下，详细讨论了波传输功率和耦合系数，这对于波纹结构的进一步研究非常有用。同时给出了初步的数值计算。其结果表明外加磁场的场强对波传播的色散特性有很大的影响从而影响了这类器件的性能。

相对论行波管慢波结构几何参数研究

推导了无引导磁场下具有离子通道的波纹波导中的色散方程 ,并通过数值计算分析了该慢波结构的几何参数如波纹周期、波纹深度以及波导平均半径对相对论行波管的带宽及增益的影响 。

相对论行波管色散特性分析

数值计算了一种填充等离子体的波纹波导结构的行波管 ,在强引导磁场下 ,被一环形相对论电子注驱动的小信号增益。详细地分析了等离子体的浓度、电子注的电压、电流及其在慢波结构中的传输位置对行波管的增益。

等离子体填充圆柱波导中双流不稳定性的研究

在无限大磁场情况下对等离子体填充圆柱波导中双电子注的相互作用进行了理论分析,得出行列式形式的色散方程。针对不同参数对色散方程进行数值计算,发现当两根电子注之间存在速度差时,通过快慢空间电荷波的相互作用,两电子注引起的双流不稳定性可以产生契伦柯夫辐射;当等离子体频率超过双注相互作用的频率范围后,可以大大加强和改善等离子体、两电子注三者之间的相互作用。

小回旋三次谐波0.52THz回旋管

为了发展大功率高效率太赫兹辐射源,对小回旋电子注激励三次谐波太赫兹电子回旋脉塞进行了研究,分析了不同参数情况下的模式竞争.研究结果表明,采用近轴小回旋电子注能够实现三次谐波单模振荡.在此基础上设计了一只0.52 THz、TE37模三次谐波回旋管,数值计算表明,该回旋管在工作磁场为6.98 T下输出功率可以达到3.7 kW.对产生近轴小回旋电子注的高磁压缩比磁控注入式电子光学系统进行的粒子模拟研究结果表明,该电子枪能够产生满足实验要求的65 kV/2.5 A,横纵速度比为1.24,引导中心半径0.35 mm的小回旋电子注,其纵向速度离散6.6%,横向速度离散6.1%.

X光背光观测烧蚀面扰动引起内界面扰动的增长

侧向背光照相能直接反映靶表面扰动幅度的变化情况。在神光Ⅱ装置上,实验利用侧向背光照相技术,对烧蚀面扰动引起的内界面扰动增长进行了观测。实验结果表明,观察到的内界面扰动幅度大于期望值。分析认为,造成内界面较大扰动增长的原因主要是2维效应。X光辐照的主要是烧蚀面的中间部分,烧蚀面扰动引起的内界面的扰动就呈现出一幅从中间的扰动区域逐渐过渡到四周的图像。由此,提出了新的靶优化设计方案,应尽可能减小沿背光方向的样品尺寸。

电磁波在等离子体层中衰减的数值分析

采用分层介质方法处理非均匀等离子体层,研究了电磁波射向覆盖磁化等离子体层的金属平板时电磁波的衰减特性。着重讨论Epstein密度分布的等离子体层,分析了等离子体电子密度、电子碰撞频率、外加磁场和入射角度等因素对电磁波衰减的影响,得出在一定等离子体密度和电子碰撞频率下,等离子体对电磁波的吸收特性。

高次谐波太赫兹回旋管的多模工作

为了发展大功率、实用性强的太赫兹辐射源,文中对太赫兹回旋管中多个二次谐波工作模式的注波互作用进行了理论和实验研究,分析不同参数下多个二次谐波工作模式单模振荡的条件.实验研究结果表明,在二次谐波工作状态下,通过调节工作磁场、电流等参数,在单管中实现了四个不同频率0.391、0.404、0.416、0.423 THz,千瓦级以上输出功率的太赫兹波辐射.

PASOTRON注波互作用线性理论研究

该文研究了等离子体辅助慢波振荡器(Plasma Assisted Slow-wave Oscillator,PA-SOTRON)的物理机制;在考虑离子通道的情况下,利用线性场理论,推导了无引导磁场下等离子体填充的波纹波导中电磁波传播的色散方程;并通过数值计算分析了等离子体填充因子对PASOTRON的时间增长率及工作频率的影响。

X波段内同轴膜片加载相对论返波振荡器的特性研究

把同轴膜片作为相对论返波振荡器的慢波结构,从Maxwell方程组和Floquet定理出发,导出了电磁波在同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM0n模式的色散曲线,数值分析了周期长度和导体半径对器件工作频率的影响,运用PIC程序模拟了返波振荡器中注波互作用过程。讨论了纵向聚焦磁场、电子注到慢波结构的距离、槽深和槽宽对输出功率和效率的影响。研究表明:增加器件的周期长度,可以减小器件的截止频率和同一模式下的工作频率;调节内导体半径的大小,几乎不影响器件的工作频率。周期长度取11 mm,槽深取2 mm,槽宽取3.6 mm,漂移长度取7.5 mm的结构,在520 kV电压、8 kA电流和0.7 T的轴向聚焦磁场条件下,器件能输出2.8 GW的峰值功率,功率效率约33.2%。该慢波结构加工方便,具有广阔的应用前景。

94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示:该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%,符合回旋振荡管对电子注的要求。