Study on Atmospheric Travelling Wave Solutions and Review of Its Present Developments

The scientific achievements of travelling waves in a barotropic atmosphere are introduced, including i) the existence conditions of periodic solutions (wavetrain solutions) and solitary wave solutions (pulse solutions), together with the solution finding methods and a series of related problems, ii) seeking solutions of monotonous wave (wave front) and of nonmonotonous travelling wave (oscillatory wave) by using phase plane shooting technique and hi) progress in the study of travelling wave solution at home and abroad. The investigation of travelling wave solutions in recent years has been found in mathematics, physics, chemistry, biology and other sciences. Over the past decade the problem has been the subject of much interest and become an important area of research. So it is no doubt of great significance to investigate the travelling wave solutions and thereby explain phenomena of weather.

基于直线返波型加速管的大功率辐照加速器研制

针对产业的快速发展及用户端对辐照加速器提高单位产能、节约成本、丰富功能性等方面的迫切需求,研制一款新型高功率、高效率且电子束可调的电子辐照加速器系统。首先引入了等梯度返波管的设计概念,对缩短建场时间、降低功率反射和提升加速结构分流阻抗以及解决束流崩溃问题进行了探索和研究,采用了HFSS对返波加速管进行了3维电磁场仿真,并制造了加速管实物。大功率固态调制器采用Marx发生器形式,采用零电流开关(zero current switch,ZCS)充电,结合FPGA控制绝缘栅双极晶体管(insulate-gate bipolar transistor,IGBT)形成脉冲高压。最终以返波加速管为核心,匹配微波系统、扫描系统、固态脉冲调制器系统等,完成了辐照加速器系统的研制。测试结果表明,系统能量为10.28 MeV,一般工况的功率为24.672 kW,最大功率为28.4 kW,满足设计要求。直线返波加速管配合大功率固态调制器研制的辐照加速器系统技术方案可行,形成的产品实现应用,为电子束辐照技术的发展提供了有力的支撑。

基于方向行波的小电流接地系统故障选线

从行波传输的角度出发,对小电流接地系统发生故障时的暂态过程进行分析,并通过分析得出以下结论:故障线路的反向电压行波和正向电压行波同时到达,而非故障线路的反向电压行波滞后正向电压行波一定时间后到达;并且故障线路和非故障线路正向电压行波的初始极性相反。利用这两个特征,提出基于正、反向行波能量之比和正向电压行波初始极性的故障选线新判据。通过暂态仿真软件ATP进行仿真,结果证实了上述原理的有效性,且不受故障初相角和过渡电阻的影响。

基于反行波幅值比较的高压直流输电线路纵联保护方法

直流线路纵联差动保护作为行波保护的后备保护之一,为了躲避区外交流系统故障的影响,存在延时长、动作速度慢的问题。为提高直流线路后备保护的动作速度,在分析直流线路区内外故障两端反行波的幅值关系的基础上,提出一种新的纵联保护方法。该方法利用故障发生后一段时间内,线路两端反行波幅值积分的比值来识别区内故障。区内故障时,线路两端反行波幅值积分相差不大;区外故障时,线路两端反行波幅值积分差异明显。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,该保护方法在各种故障情况下均能可靠、快速地识别区内外故障,对高阻故障也有良好的动作性能,可作为行波保护的快速后备保护。

超高压输电线路新单端暂态量保护元件的实用算法

在线路边界频率特性的分析基础上,深入地分析了区内外故障时的特征差异:就某一类故障而言,区外故障时反行波中(阻塞频带内的)高频分量与(1-10kHz内的)低频分量的比值显著小于区内故障时的比值。据此提出利用反行波构造新型的单端暂态量保护原理,即反行波法边界元件,并形成基于小波变换的实用算法。大量ATP仿真表明,该边界元件的算法可行,动作超高速,且性能优于利用电流波的单端暂态量保护方案。文中还指出:对于实际的输电系统,现有的单端暂态量保护方案都难以保护线路全长,因此该方法可以作为全线速动保护的一种超高速保护元件。

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。

超高速行波电吸收调制器的k值设计方法

介绍了一种用于超高速行波电吸收调制器 (TW EAM)设计的“k值带宽法” 该方法考虑了影响调制器带宽的阻抗失配、相速度失配、微波衰减等因素 ,说明一个优化设计的TW EAM其带宽可达到 14

W波段回旋行波管绝对不稳定性的分析

绝对不稳定性是制约回旋行波管性能的主要因素之一。通过回旋行波管色散方程,详细分析了W波段基波回旋行波管绝对不稳定性的形成和特征,提出了采用多段损耗波导来抑制绝对不稳定性的方法。分析表明,绝对不稳定性的起振存在一定阈值,起振电流对电子注参数和电路参数极其敏感,确定起振电流是稳定器件工作的前提条件。通过PIC模拟,给出了采用无损耗波导结构,且工作电流为25 A和10 A条件下的放大器频谱图和功率图,结果表明绝对不稳定性的出现与否主要由工作电流是否超过起振的阈值电流决定,损耗波导是抑制绝对不稳定性的有效手段。

基于反向行波的故障测距

提出了基于反向行波单端故障测距的方法。理论上求证出小尺度下小波模极大值在各类母线下都能反映反射波的波头,并且推导出通过判断第二次出现的行波与初始反向行波模极大值极性的异同,可以确定第二次出现行波的性质,从而得出故障距离。利用M atlab对一条500 kV输电线路发生单相接地时进行故障定位仿真,结果证明了该方法的正确性。

螺旋线行波管三维返波互作用理论与数值模拟

建立了三维非线性返波互作用模型,用于精确分析大功率螺旋线行波管中返波振荡非线性过程问题,并提出了计算返波振荡功率的方法及磁场抑制手段.该理论模型包括三维线路场方程、三维运动方程以及三维空间电荷场.首先比较三维模型与原有一维模型之间的差异,发现一维空间电荷场的径向交流电流分布模型与三维模型的差异是导致振荡频率偏大及起振长度缩短的主要原因.然后计算返波饱和输出功率大小并揭示返波饱和功率和振荡频率与互作用长度的关系,并探讨了磁场对返波振荡的抑制影响.最后以某一毫米波行波管为例,实验对比了一维与三维模型计算的振荡频率与热测的差异,其中三维模型的相对误差小于4.8%.

毫米波行波电吸收调制器电极的设计与分析

从电极设计的角度对行波电吸收调制器 (TW EAM)的带宽进行分析 ,用一个共面波导的TW EAM的测量数据进行设计计算演示 ,介绍了本设计方法的计算过程 .计算演示结果与实验测量结果相吻合 .文章还分析了中间电极宽度和电极间距对带宽的影响 .并简单说明用它计算设计的一个GaAs/GaAlAs多量子阱 (MQWS)TW

考虑后退行波的长初级双边直线感应电机电磁性能计算

根据一维电磁场理论建立以次级板为运动参考坐标系的长初级双边直线感应电机(DLIM)解析模型。首先推导气隙磁通密度在实数域的表达式,分析端部效应引起的前进和后退行波磁场的时空分布特点及其对基波气隙磁场的影响;然后推导考虑前进和后退行波磁场的电机推力密度和稳态推力表达式,分析推力密度在次级板纵向的分布特点、各电磁推力分量随速度的分布特征以及端部效应对总电磁推力的影响;最后建立电机的有限元模型,对电机的气隙磁场分布和不同频率下推力特性进行计算,并与解析计算的结果对比,证实解析计算方法的准确性,为长初级DLIM的初始设计和后续优化提供理论依据和方法。

8mm回旋行波管和返波管的三折螺旋波纹波导色散分析

三折螺旋波纹波导使TE11模和TE21模相互耦合,其色散曲线能够在宽频带内与电子回旋共振,因此需要对色散方程进行研究。提出了适合工程实用的行波模式和返波模式的色散方程,并对方程中的耦合系数进行了简化,误差在1%左右。利用CST软件的VBA语言对螺旋波纹波导进行建模和计算,根据模拟得到的传输特性曲线的特点,提出一种模拟方法,将模拟与理论计算得到的色散曲线作对比,误差在5%左右。

螺旋波纹波导回旋行波管和返波管的色散特性研究

螺旋波纹波导的特殊结构使TE11和TE21相互耦合,其色散特性相对于圆波导发生了极大的改变,使电磁波能够在宽频带内与电子注耦合,因此需要对其色散特性进行研究。通过理论分析和数值计算,得到了螺旋波纹波导的行波模式、返波模式的色散方程和色散曲线,着重分析了不同螺纹深度和螺纹周期对螺旋波纹波导行波模式色散特性和模式耦合的影响。研究表明,当螺纹深度变大时,螺旋波纹波导中的工作模式与非工作模式分离程度变大,对克服模式竞争比较有利;当螺纹周期变小时,工作模式1的线性变差,线性区域变得很窄,限制了螺旋波纹波导回旋行波管增益的提高。

Ka波段500W螺旋线行波管高频结构及互作用研究

本文介绍了Ka波段500W毫米波螺旋线行波管高频结构设计和注波互作用模拟计算结果，计算了品字形高频结构的色散、耦合阻抗和衰减常数等参量。利用CST软件对返波振荡的起振长度进行了计算，根据计算结果提出了相速渐变法抑制返波振荡的措施。研制出了Ka波段螺旋线行波管样管，行波管在Ka波段2GHz工作频带内饱和输出功率在490～550w之间。

基于反向行波的小电流接地系统故障定位

在传统的基于模分量行波定位法的基础上,提出了基于小波模极大值和反向故障行波测距的方法,并引用于小电流接地系统中。同时,选取了合适于此定位方法的小波母函数,并总结出了故障定位的算法和流程。最后,用M atlab7.6中PSB对35 kV系统进行了单相接地故障仿真,验证了算法的正确性和精确性。

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。

脉冲形状对半导体激光放大器用于啁啾补偿的影响

光脉冲经过增益饱和的行波半导体激光放大器后，由于放大器的自相位调制，使放大脉冲附加上频率啁啾。合适的附加啁啾不但能抵销入射脉冲的初始啁啾，而且还有可能借助简单的群速度延迟线对脉冲进行压缩。本文计算了不同形状的入射脉冲经光放大器放大后的输出脉冲形状及其附加的频率啁啾，分析了它们对光放大器用于啁啾补偿的影响。

正弦波导慢波结构的研究

提出了一种新型的可用于产生、放大毫米波和太赫兹波的正弦波导慢波结构。该结构有天然的带状电子注通道,具有低欧姆损耗和弱反射,且易于加工等独特性质。计算了慢波结构的高频特性,粒子模拟分析了该慢波结构在220GHz行波管及220GHz返波管中的应用潜力。研究结果显示,正弦波导将是一种很有潜力的可应用于大功率毫米波及太赫兹辐射源的慢波结构。

基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现:发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。