周期介质加载大轨道回旋行波管研究

通过耦合系数、模式竞争和起振条件分析谐波状态下采用大回旋电子注周期性介质加载结构的注波互作用特点,并通过理论分析和PIC粒子模拟,优化设计出一支Ka波段大回旋电子注回旋行波管。该回旋行波管处于二次谐波工作状态,互作用结构采用周期性介质加载结构,结构简单,工艺成熟。仿真结果表明,在电子注为75 kV、电流为9 A、磁场强度仅为0.51 T的工作条件下,所设计的回旋行波管最大输出功率达到了156 kW,3 dB带宽为4.4 GHz,最大增益为47.18 dB,磁场用常规电磁线圈磁体产生即可达到要求。

X频段介质加载圆极化喇叭天线设计

设计了一款基于全介质极化器的X频段圆极化喇叭天线。该全介质极化器加载在线极化喇叭天线的前端,将线极化波转换为圆极化波,并有效辐射出去。同时,该全介质极化器还将天线的实测增益提高了约2 dB。天线的测试结果与仿真结果吻合较好。该天线在X频段(8~12 GHz)的实测S11均小于-10 dB,实测轴比在X频段内均小于3 dB,表明该圆极化喇叭天线具有宽带高增益特性。并且,该全介质极化器使用3D打印技术制作,具有加工简便、成本低的优点。该天线可应用于雷达、跟踪制导、卫星通信系统等领域。

一种基于介质加载的地球覆盖波束天线设计

地球覆盖波束天线为低轨卫星与地面终端之间的数据传输建立了通道,文中研究了一种新型的介质加载地球覆盖波束天线。基于介质加载的方法,文中提出了一种圆极化地球覆盖波束天线设计,该天线由馈电网络、馈源和介质三部分组成,介质包括底部圆柱部分和顶部半球部分,馈源集成于介质内部。设计的地球覆盖波束天线工作在C波段,轴向0°~64°范围内增益在0 dBic以上,40°方向增益为5.2 dBic。天线尺寸紧凑,辐射波束具有较好的空间截止特性,可满足立方星应用。

介质加载圆柱谐振腔中TM_0模的RMM分析

对介质加载圆柱谐振腔进行严格分析是进行微波电路设计和微波介电测试的基础。根据平行板多层介质径向波导的本征模分析,采用径向模式匹配法获得了介质加栽圆柱谐振腔中TM_0模的本征方程,在此基础上开发了计算TMO模谐振频率的程序,对特定结构进行了计算,结果与参考文献一致。

介质加载型混合表面等离子体波导的损耗特性

为实现长距离传输及亚波长尺度的模式限制,在传统介质加载型表面等离子结构的基础上,设计了一种微孔介质加载混合表面等离子体波导,采用时域有限差分法(FDTD)对该波导模式场分布及传输特性进行了相应的研究。研究表明所设计的波导结构具有较强的局域场限制,通过在孔内填充增益介质,使混合等离子体波导的传输损耗得到了补偿,输出端的表面等离子激元实现了增益放大。结果表明,通过调整波导的几何参数和电磁参数,可以显著提高波导的场限制,降低波导本身的损耗,其中当孔与金属之间距离为44 nm时,波导的损耗达最小约为-13 d B/μm。这一设计可以为光子器件集成提供一定的理论和实验借鉴价值。

双层介质加载等离子体微环的高灵敏生物传感

为了提高介质加载表面等离子体的传输距离,提出了基于双层介质加载的表面等离子体波导结构。利用有限元方法研究了介质加载的表面等离子体波导的模场分布及传输特性,并对其传感应用的波导灵敏度进行了分析。研究表明,当低折射率介质厚度占波导总厚度的33%时,传输距离是单层介质加载表面等离子体波导的2.4倍。利用该波导结构组成的微环谐振腔被用于生物传感研究,其传感特性分析表明,传感灵敏度为411 nm/RIU,检测极限为1.2×10^(-5) RIU。双层混合介质加载表面等离子体波导的设计和研究为其进行无标记生物传感应用提供了有价值的指导。

回旋行波管分布式介质加载高频结构研究

利用线性理论对Ka波段工作模式为TE01模的回旋行波管进行了稳定性分析,计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗,以及不同传播损耗下工作模式的起振电流;对不同介质加载条件和工作电流,给出了3个主要寄生模式的起振长度;确定了介质加载厚度以及相对介电常数等参数。计算结果表明,在优化得到的介质加载条件下,寄生模式在其各自振荡频点的单位长度传播损耗大于抑制各寄生模式返波振荡所需最低损耗值要求;工作模式起振电流大于设计所需工作电流;寄生模式的起振长度大于设计的介质加载段和未加载段长度;设计的介质加载参数能够满足抑制工作和寄生模式自激振荡的要求。利用优化设计的高频结构及介质加载参数,进行了整管热测实验,得到了输出功率160kW,饱和增益40dB,效率22.8%以及3dB带宽5%的回旋行波管。

损耗介质加载结构Ka波段TE01模回旋行波管放大器稳定性的分析

该文从分析损耗介质加载金属圆波导中电磁波传输特性出发,应用回旋行波管放大器小信号色散方程,研究损耗介质加载结构TE01模回旋行波管放大器绝对不稳定性振荡和回旋返波振荡对器件稳定性的影响。结果表明:损耗介质的加载,可以提高绝对不稳定性起振电流,提高的幅度依赖于工作磁场偏离饱和磁场的程度、电子束横纵速度比等;增加波导损耗介质加载的厚度,可以提高竞争模式的回旋返波起振长度。合理选择波导的损耗层厚度、介电常数以及回旋行波管的工作电压、工作磁场和电子束横纵速度比,可以有效兼顾带宽和抑制不稳定性,保证回旋行波管放大器稳定工作。

介质加载回旋行波管小信号分析

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,结合介质加载波导的冷场分析,数值计算并比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度。改变加载介质的特性参数可以增加行波损耗从而显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡。结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,计算得出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线。

不同中间载热介质天然气加热炉的研究

天然气加热炉是采用中间载热介质间接加热的一种特殊的炉型形式,中间载热介质的性质及其传热过程的形成是影响天然气加热炉效率的重要关键因素。本文通过天然气加热炉试验系统对大筒体内水和乙二醇两种不同中间载热介质的温度分布和热流场进行了分析比较,研究不同中间载热介质对天然气加热炉换热的影响,并结合工程实际的需要,从中间载热介质的选择和加热炉整体传热结构两方面,提出了改善天然气加热炉效率的有效途径,并获得了国家发明专利授权。

介质加载谐振腔的小型化氢脉泽的研究

原子储存泡技术是氢微波激射器(氢脉泽)的关键技术。传统的石英薄壁储存泡位于TE011模的空心圆柱谐振腔的中心。为了缩小氢脉泽谐振腔和原子储存泡的体积采用了蓝宝石加载谐振腔取代传统的腔泡结构,并将蓝宝石晶体的内壁作为原子储存泡,分析了脉泽工作状态的变化。为了消除蓝宝石加载腔的腔频率随温度的敏感变化(-60 k Hz/K)对脉泽自激振荡频率相对大的牵引效应,在蓝宝石加载谐振腔中再加载具有负介电常数温度系数的钛酸锶晶体,将腔频率温度系数近似地补偿到零。实现了采用介质加载谐振腔的氢脉泽的自激振荡,并通过锁相环实现氢脉泽对晶体振荡器的控制而形成稳定的频率源,短期稳定度指标在量级上达到了主动型氢原子钟(氢钟)的指标(1 000 s稳定度达1.5×10-14)。

介质加载圆柱腔的场分析

本文应用严格场匹配法解决了介质加载圆柱腔的本征问题.计算了圆柱腔在纵向部分填充介质后TE_(01n)模、TE_(11n)模和TM_(01n)模的本征频率和本征场型的变化.特别分析了本征模式在空气段为截止模的情况.本文的分析方法亦可应用到纵向部分填充介质的传输线和其它形状的谐振腔.

FDTD法模拟介质加载矩形腔中的场分布

微波加热以其独特的优势已被应用于各种领域．１９８６年加拿大化学家Ｒ．Ｇｅｄｙｅ发现微波可以显著加快有机化学合成以后，微波在化学领域的潜力开始得到开发，现正已延伸到几乎所有的化学领域［１］．近年来，微波结合聚合物材料加工领域正处于起步阶段［２］．其中，...

回旋行波管介质加载结构色散特性测量实验研究

文章研究了回旋行波管介质加载高频结构中TE01模式色散特性的测试方法,给出了测试结果并和理论计算进行比较,根据测试结果分析了色散特性对回旋行波管输出特性的影响,同时预测了互作用的输出特性并和实际测试结果进行了比较。

介质加载环板慢波结构高频特性研究

提出了一种适用于环板结构的计算等效相对介电常数的方法,利用变分法导出了介质加载环板慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式。计算结果表明,介质加载能够有效降低环板慢波结构的工作电压。计算结果与CST-MWS的模拟结果吻合良好,说明所提出的计算等效相对介电常数的方法和计算色散方程的方法对环板慢波结构是切实可行的。

介质加载回旋行波管互作用结构

分布式介质加载技术已被成功应用于回旋行波管的高频结构,该结构对于回旋行波管的自激振荡起到很好的抑制作用。对采用分布式介质加载的Ka波段,工作模式为TE01模的回旋行波管进行了稳定性分析;计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗,以及不同传播损耗下工作模式的起振电流;对不同介质加载条件和工作电流,给出了三个主要寄生模式的起振长度;在对介质加载回旋行波管工作和寄生模式稳定性综合分析的基础上,确定了介质加载厚度及相对介电常数等参数。利用优化设计的高频结构及介质加载参数,进行了整管热测实验,得到了输出功率160kW,饱和增益40dB,效率22.8%及3dB带宽5%的回旋行波管。

偏心介质柱加载柱形腔的严格分析

本文给出偏心介质柱加载柱形腔模式的解析分析方法．该方法对任何模式均是严格的，且适用于各种相对尺寸及电参数．利用该方法精确求解了各高次模式谐振频率，并建立了模式图，讨论了谐振频率随腔体相对尺寸及加载介质电参数变化的趋势．

介质加载天线阵的瞬态辐射特性

提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形,导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关,瞬态与稳态特性差异明显,时域辐射方向图与脉冲宽度有关,阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵,并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算,分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍,即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较,验证了分析和设计方法的正确性和有效性。

高效节能大筒体导流型中间载热介质天然气加热炉研究

天然气加热炉是天然气输送和应用系统中常用的不可缺少的重要设备,本文分析了目前我国这类加热炉的各种形式及其优缺点,对应用广泛的大筒体中间载热介质天然气加热炉的对称于筒体圆截面垂直和水平直径布置加热面和受热面的结构形式进行研究,通过理论分析和试验验证,指出了对这种结构筒体内中间载热介质形成自然对流的影响,据此提出了安装导流板重组流动区域的方法,进而研制了带导流板的新型高效天然气加热炉,以强化对流传热,优化传热流场,从而达到节能降耗,提高加热炉效率的目的。