带状束矩形栅毫米波行波管的研究

为了克服单模近似法(SMA)在分析矩形栅慢波系统高频特性的局限性,用“本征函数法”得到了其色散特性,进而求得耦合阻抗.并针对矩形栅的两种典型结构(浅槽栅和深槽栅)进行数值计算,分析了金属栅的几何尺寸对系统高频特性的影响.设计出3 cm、8mm波段的矩形栅模型,进行实验测量,实验值与理论值符合良好.导出了考虑电子注时的“热”色散方程,得到其小信号增益,讨论了电子注参数和慢波电路几何尺寸对小信号增益的影响,为矩形栅慢波系统行波管的设计提供了理论基础.

矩形栅慢波系统的高频特性分析

对于矩形栅这一经典的慢波结构,采用场匹配法来分析其慢波特性,进而得到其耦合阻抗。其中对槽区内的场处理,保留其高次项,表示为一无限本征驻波之和的形式。然后通过数值实例具体分析了矩形栅的两种典型结构:浅槽栅和深槽栅。当增大槽深后,色散增强,系统通带变窄,同时耦合阻抗有明显增大,工作点移向前向波区,适合用在放大器的慢波结构上。

矩形栅慢波系统的理论与实验研究

为了克服单模近似法在分析矩形栅慢波系统高频特性时的局限性,采用了一种新的方法,即在表示槽区内的场时,保留其高次项,表为一无限本征驻波之和的形式,利用场匹配法得到其色散特性,进而求得耦合阻抗。然后针对矩形栅慢波系统进行了数值计算,并分析了金属栅的几何尺寸对系统高频特性的影响,以作为器件设计的参考。设计出3cm、8mm波段的矩形栅高频结构模型,进行实验测量,得到的实验值与理论值符合良好。

用矩形栅自动相移法测量三维物体形状

本文介绍了一种自动测量物体三维形状的新方法。该方法将矩形栅投影于三维物体表面,利用图像处理系统自动产生云纹和自动实现云纹相移,实现了三维物体形状恢复。本文通过实验验证了该方法的正确性与处理精度。方法容易实现,能较好消除多种系统误差,抗干扰能力强,精度和自动化程度高。

毫米波脊加载开放式矩形栅慢波系统的研究

提出了一种新型慢波结构—脊加载开放式矩形栅慢波系统。作为一种全金属慢波结构,脊加载开放式矩形栅适用于高功率宽频带的行波管的互作用慢波结构。利用脊相邻面的阶跃条件以及互作用区和加载区的场匹配条件和单模近似法,推导了该结构的色散方程和耦合阻抗表达式。同时,采用软件模拟验证理论分析的正确性,并分析了结构参数对慢波结构慢波特性的影响。数值计算结果表明:在槽深一定的情况下,加载脊可以非常显著地改善该结构的慢波特性,通过优化开放式矩形栅的脊的宽度和厚度等参数来兼顾色散和输出功率等不同设计要求。本文的脊加载开放式矩形栅慢波结构理论研究可以作为高功率行波管设计的理论基础。

太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的研究

慢波系统是真空电子器件进行注-波互作用激发微波能量的核心,它的性能优劣直接影响了真空电子器件的技术水平,为了解决太赫兹波段所面临的频带窄、互作用效率低等问题,本文将太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的耦合阻抗和色散特性,与传统矩形栅慢波结构的相关参数进行了对比,并分析了太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的晶格常数、光子晶体柱半径、光子晶体柱与矩形栅之间的距离等结构参数对于"冷参数"的影响。结果表明:具有光子晶体的慢波结构,带宽更宽、色散更弱、耦合阻抗更大;调整结构参数后的数据为光子晶体矩形栅慢波系统的结构设计和参数优化提供了良好的依据。

太赫兹波段光子晶体矩形栅慢波结构的对比研究

矩形栅结构作为真空电子器件中一类常用的慢波系统,具有重要的研究意义。近年来光子晶体被广泛用于太赫兹波段真空电子器件中,将其应用到三种矩形栅慢波结构中,为以后对于太赫兹光子晶体矩形栅慢波结构的设计提供参考。本文运用电磁仿真软件CST分别对太赫兹波段光子晶体矩形单栅、矩形双栅、交错矩形双栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行计算和对比,结果表明:光子晶体矩形单栅频带宽,而光子晶体交错双栅结构耦合阻抗较大。

矩形栅慢波结构色散特性的理论研究

对矩形栅慢波结构色散特性进行了理论研究,通过详细的理论推导给出适用于矩形单栅、对称双栅及交错双栅的通用色散方程。对场方程进行优化,使该方程同样适用于相对论带状束器件中的大宽度矩形栅结构。对所得方程进行了分析、验证,结果表明所得方程能准确给出矩形栅结构的色散特性曲线。

基于开槽单矩形栅和圆形电子注的W波段返波振荡器

提出将开槽单矩形栅和圆形电子注作为W波段返波振荡器的注波互作用回路.使用3维电磁场仿真软件CST-MWS对开槽单矩形栅的高频特性进行了仿真分析,研究结果表明:相对于传统单矩形栅,新结构的基模带宽有所展宽;基模与高次模发生模式竞争的可能性很小;在采用圆形电子注时新结构能获得大得多的耦合阻抗;新结构的趋肤损耗略有改善.将该慢波结构应用于设计一支以94GHz为频带中心的W波段返波振荡器:设计了简洁的慢波过渡部分、输出耦合器和终端匹配衰减器,优化参数后获得了良好的信号传输特性;利用粒子模拟软件CST-PS对返波振荡器模型进行了三维大信号注波互作用计算,设定合适的电子注电流等参数后,调整工作电压在较宽的频带内获得了瓦级的功率输出,电子效率在整个频带范围内优于1%.

基于场匹配法的双排矩形栅慢波结构高频特性研究

本文运用场匹配法对具有任意位错的双排矩形栅慢波结构的场分布、色散特性及耦合阻抗进行了研究.研究结果表明,场匹配法推导的色散特性与仿真软件CST和HFSS计算的结果完全一致,耦合阻抗介于CST和HFSS之间.在此基础上,详细研究了上下两排系统之间位错对色散特性及耦合阻抗的影响.当位错严格为半个周期时,第一阻带消失,第一个模式最高截止频率与第二个模式最低截止频率重叠,发生简并;当位错为0.45倍周期时,在保证耦合阻抗不变的情况下,基模的通带虽降低了2.8GHz,但阻带却增大了7.9GHz,从而可以有效避免简并及模式竞争的发生.

冲角和叶片倾斜角对矩形叶栅出口二次流场的影响

在低展弦比矩形透平静叶栅中，占总损失主要部分的二次流损失与出口截面上通道涡的位置和尺度有关．本文通过在较大冲角范围内对具有不同倾斜角叶片叶栅出口流场的测量，研究旋涡结构与二次流的关系，从而进一步完善降低二次流损失的方法．

涡轮矩形叶栅中的旋涡模型的进展回顾

介绍了自 1 955年以来 ,在涡轮矩形叶栅流动研究中出现的 6个有价值的旋涡模型 ,论述了它们形成的机理 ,以期通过对涡轮矩形叶栅旋涡模型发展状况的回顾 ,来说明气动力学领域中发展起来的涡控制技术的实质是设法组织或重新组织涡结构。认为未来涡轮叶栅设计的改进 ,在很大程度上取决于这一技术的潜在应用。

内开槽矩形波导栅慢波电路高频特性的数值分析

介绍了用德国CST公司提供的MWS 4.2软件模拟计算色散特性和耦合阻抗的理论方法,对内开槽矩形波导栅结构的高频特性进行了数值模拟。结果表明:在传统矩形波导栅结构的基础上,开槽后的矩形波导栅结构比开槽前的相速更低,用作行波管的慢波结构时,可降低工作电压,工艺上容易实现,而且耦合阻抗均在45Ω以上,满足毫米波行波管的要求;在内开槽宽度一定的前提下,槽深、栅间距和栅周期的增大对降低系统相速有利。

W波段带状注矩形单栅返波振荡器模拟研究

提出并研究了一种带状电子注矩形单栅返波振荡器。首先研究了矩形单栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性,然后粒子模拟并优化设计了带状注矩形单栅高频结构,预群聚腔及输出一体化结构。研究结果表明:利用电压200kV、电压2kA、截面为24mm×0.5mm的带状电子注,驱动该矩形单栅返波振荡器,能够产生42 MW的输出功率,工作频率86GHz,效率为10.5%。

任意槽矩形波导栅行波管注-波互作用线性理论研究

在带状电子束假设下,采用场匹配和导纳匹配的方法,导出了存在电子束的任意槽矩形波导栅行波管的"热"色散方程,对该方程进行数值求解,得到了小信号增益,分别讨论了慢波结构槽形状和电子束参量对小信号增益的影响,为毫米波矩形波导栅行波管的设计提供了理论依据.

附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场结构的影响

本文采用数值方法研究了低速条件下附面层抽吸对大折转角矩形叶栅流场的影响。计算结果表明,通过选用合理的抽吸位置及抽吸方式的组合,附面层抽吸能较好地控制叶栅内的大尺度的叶片表面分离流动,但对二次流损失的改善效果并不明显。

矩形波导栅慢波系统的实验研究

从实验上研究了矩形波导栅慢波系统的色散特性及其耦合装置的驻波系数,用分布加工的方法分别制作了矩形、燕尾形、梯形3种不同槽形的矩形波导栅慢波结构模型和带输入输出结构的矩形波导栅慢波结构实体模型。采用谐振法测量它们的色散特性和驻波系数,实验结果与理论计算值和模拟值吻合良好。

对称矩形环栅NMOS器件的建模与验证

介绍了一种对称矩形环栅NMOS器件结构,并对其等效宽长比的计算模型和总剂量效应加固性能进行了研究。通过区域划分、保角变换等方法,对该对称矩形环栅NMOS器件进行建模,给出了其等效宽长比的计算模型。在0.18μm BCD工艺下进行流片,并对不同尺寸下直栅MOS器件和环栅MOS器件进行辐照对比测试。测试结果表明,对称矩形环栅NMOS器件的等效宽长比计算模型的计算误差可低至5%。辐照总剂量10 kGy条件下,对称矩形环栅NMOS器件的关态泄漏电流仍可维持在一个很低的量级,表现出良好的总剂量效应加固性能。

基于电子注嵌入光栅的0.55 THz返波振荡器的结构设计与注波互作用的分析

根据矩形栅慢波结构的色散公式初步确定各结构参数,并分析了各结构参数的变化对色散曲线的影响,用CST微波工作室仿真,计算并对比分析嵌入与未嵌入圆形电子注的高频特性的变化趋势,得出前者对应的色散曲线和耦合阻抗曲线要大于后者的结论。利用CST粒子工作室进行注波互作用模拟,权衡起振时间和输出功率关系,确定整管的仿真长度。研究了电子注嵌入深度、填充比、电流大小对输出功率的影响,优化结构参数,最终得到14. 6 W的稳定输出功率,与Magic计算出的结果相吻合。

悬栅布置形式对消力池消能效果的影响试验

悬栅消能工是将栅条悬空布置于泄水陡坡或消力池内的一种新型消能方式,为进一步研究新型悬栅消能工及其消能效果,通过物理模型对影响消力池消能效果的矩形悬栅布置形式进行试验。结果表明：消力池内布置悬栅对稳定水流和降低水深作用明显;由栅高hs、栅距bs、悬栅数量ns对池内最大水深hm影响得出栅高hs的适宜值为10 cm,栅距bs的适宜值为4-5 cm,悬栅数量ns的适宜值为16-20根;在Q=15 L/s下,悬栅hs=10 cm、bs=4 cm、ns=20根的布置形式可将消力池最大水深降低4.97 cm,降幅高达15.84%。