带螺线盘线圈的Ku波段径向渡越时间振荡器模拟研究

径向渡越时间振荡器(transit-time oscillator,TTO)相较于轴向渡越时间振荡器,其电子束电流密度更低,空间电荷效应更弱,从而其束波转换效率更高,所需要的引导磁场也更低,因此是目前最有潜力的径向高功率微波(HPM)器件之一。传统径向渡越时间振荡器通常采用金属栅网实现对径向传输电子束的引导,但是金属栅网的熔蚀直接限制了器件的工作寿命和重复频率。在利用径向螺线盘线圈产生的磁场满足径向电子束稳定传输的条件下,开展了带螺线盘线圈的Ku波段径向渡越时间振荡器的整管粒子(PIC)模拟。在电子束电压300 k V、电流20 k A的模拟条件下,器件实现微波功率为2.07 GW、频率14.86 GHz、效率达34.5%的输出。     

倍频速调管中的电子群聚

群聚电子流中丰富的高次谐波,使速调管可以用来在微波波段作倍频次数较高的倍频器。 本文介绍了大讯号运动学分析对于倍频速调管的应用。给出最佳群聚参量及谐波电流参量和漂移空间渡越角间关系的计算方法。对于三次、十次和二十次谐波还给出了相应的计算曲线。对于十厘米波段外腔式倍频速调管进行了实验研究,介绍了实验结果,并和大讯号理论进行了比较。实验结果证实了当输入端讯号电压的振幅和电子注直流电压可以相比拟时,小讯号分析不再能用来措述器件中的群聚过程,而大讯号运动学分析却能给出很好的理论预示。     

YBCO超导材料微波表面电阻测量

利用3cm波段矩形波导谐振腔TE_(103)模对YBaCuO超导材料的微波表面电阻进行了测量,观察到了在转变温度吋腔的Q值的突然变化.在液氮温度时的表面电阻约为正常电阻的20％.实验并观察了所测表面电阻值随样品厚度的变化情况.     

同轴谐振腔及微扰法测量介质介电常数

提出了一个新的具有设计性与综合功能的微波测量实验项目，利用同轴谐振腔，接合理论对介质的ε′、ε″及tanδ、加载腔端电容C进行测量与计算，并在学校电磁场与微波技术专业进行了教学实践，取得了良好的教学效果。     

激光V型谐振腔的等价腔分析法

为了分析激光谐振腔的稳定性,选取广泛应用的V型腔作为研究对象,将V型折叠腔等效为含有透镜的三镜直型腔(共轴球面腔),然后采用*g-参数等价腔分析法,将三镜直型腔等价为不含透镜的共轴球面腔,进而考虑激光晶体的热透镜效应,采用多元件光学谐振腔等价腔分析法推导出热透镜效应下V型腔的g?-、g?-等价空腔.该方法形象地将V型腔与共轴球面腔联系了起来,有效地体现V型谐振腔中各参量之间变化关系,通过对热透镜效应下V型腔的g?-、g?等价空腔的计算,便可对V型腔的稳定性的影响因素进行求解分析,为激光谐振腔的分析和设计提供重要参考.     

两腔高功率微波振荡器的频率束流负载效应研究

在微波腔中电子束与微波场的相互作用,微波场影响电子的运动,同时电子束作为电流源也产生辐射影响微波场,是一个闭环系统.而辐射微波频率决定于两个因数：电子束的运动和微波器件的谐振频率.根据电子束同微波场之间的自洽互作用过程,给出了辐射微波频率同电子束的运动、微波器件的谐振频率之间的关系,通过2.5维PIC模拟研究了这种频率束流负载效应的特点,理论计算结果同数字模拟结果一致.     

低功率信号驱动的相对论速调管研究

在相对论速调管放大器中, 由于弱调制电子束通过中间腔会激发较强微波场来实现电子束群聚, 在调制腔和输出腔之间增加中间腔可以有效降低注入微波功率, 提高放大高增益, 然而这种中间腔, 尤其是多个中间腔, 会导致器件中高次模的激发, 影响器件工作模式的正常工作, 产生微波脉冲缩短等现象. 根据高次模激发的正反馈过程, 采取相应措施可以提高其阈值电流, 使其大于工作电流, 从而避免高次模对工作模式的影响; 由此设计了一个电子束参数为5 kA, 电子能量600 kV、高增益S波段相对论速调管, 模拟微波输出功率1.1 GW, 注入微波功率6.8 kW, 相应增益为1.6×10⁵.     

基于非线性空间电荷振荡效应的电子束序列产生与优化

基于非线性空间电荷振荡效应可以进行超短电子束纵向整形,本文在清华大学汤姆逊散射X射线源平台上,利用此效应对ps间隔超短电子束序列的产生进行了优化研究.实验分别产生了总电荷量约为1 nC的7个和15个微束团,通过控制束流参数优化其聚束因子,并通过改变微波电子枪的发射相位实现了电子束微脉冲间隔从0.5到1.4 ps的调节.电子束序列形成后,由S波段加速管进一步将能量提高到～45 MeV以冻结纵向分布.本文还测量了该电子束相干渡越辐射产生的窄带太赫兹辐射,结果与电子束序列纵向结构预测一致.     

基于电子温度效应的SiGe、SiGeC异质结晶体管的基区渡越时间模型

提出了SiGe和SiGeC异质结晶体管基区渡越时间的一种闭式物理模型,该模型考虑了电子温度效应.计入薄基区内强电场(该电场源起于Ge,C元素的掺杂)引起的电子温度变化,得到的基区渡越时间值与漂移-扩散模型有所不同.随着Ge含量的增加,两者的差别不能再忽略.     

光学微环谐振腔的热非线性效应

微环谐振腔在谐振条件下腔内光能量会得到显著增强,但是随着该能量的不断增强,其所引发的热效应将使得微环谐振腔的有效折射率发生改变. 为此,从微环谐振腔温度、泵浦输入光功率的大小和泵浦输入光波长的扫描速率三个方面,对一类具有高Q值的氮氧化硅微环谐振腔的热非线性效应进行了研究. 结果表明,通过控制谐振腔的温度可以实现谐振频率的锁定. 同时,利用热非线性引起的双稳态效应,通过控制泵浦输入光功率大小以及功率大小改变的速率,也可以实现微环谐振腔的模式锁定. 该研究为如何稳定微环谐振腔腔内能量提供了一种解决办法.     

激光谐振腔光场及远场分布的数值模拟系统

利用数值迭代法和有限元法,对激光圆形镜球面谐振腔的光场分布及远场光束进行数值求解。采用Matlab编写了具备图形化用户界面(GUI)的功能全面的激光谐振腔模拟系统,系统可以选择和设置谐振腔类型及谐振腔参数等。系统运行后给出谐振腔内光场达到稳定状态时的渡越次数、腔镜上光场振幅和相位分布以及远场光强分布的三维图像。对输出镜反射率均匀分布以及输出镜反射率沿径向逐渐降低的激光谐振腔模式及远场光强分布进行模拟并做了对比分析,结果表明,输出镜反射率变化的激光谐振腔模式形成较快,远场光强分布更集中。     

炭化微米木纤维微粒捕集器滤芯炭化过程研究

炭化过程是制备炭化微米木纤维微粒捕集器滤芯工艺中的关键环节,对环境、温度、加热均匀性等方面有严格的要求.通过对微波加热理论的深入研究,将微波技术应用于炭化过程,结合实际工艺需求,设计出小型微波炭化装置用于制备该滤芯.详细介绍了装置中谐振腔的材料与尺寸的选择、核心器件的选用、无氧保护的实现等关键技术问题,并对以针叶松为原料制成的木纤维滤芯进行炭化实验.实验结果表明:该装置可有效提高木纤维滤芯炭化的可靠性,极大提高滤芯制备的效率和质量.     

微波段电子顺磁共振实验的改进

本文叙述了在微波段电子顺磁共振实验中,换用可调式矩形谐振腔,且在矩形谐振腔的宽边开一窄槽,使样品DPPH 在谐振腔中可以移动,利用活塞位置的改变及微波磁场的变化来确定波导波长λ_(?).极大地丰富了实验内容。     

用连续波自动测量超声渡越时间

本文简单介绍了超声渡越时间的测量。采用连续正弦波,用低速器件建立了超声渡越时间测量系统。对系统进行了说明,引入特征参量描述矢量电压表的状态,对状态进行自动识别。提出相位跟踪法、预测校正方法,实现微机控制渡越时间快速自动测量,作为例子,给出由测量渡越时间而得到的水的声速测量值和琼脂模型的超声声速断层图象。     

运动原子的算符压缩效应及腔场统计特性

利用推广的Ｊ－Ｃ模型，研究了理想环形腔中原子的质心运动对原子算符压缩效应及腔场统计特性的影响，当腔场初始处于相干态时，研究结果表明：原子的质心运动将影响光场的光子数分布和光场处于相干态的时间及光场的场熵演化，质心动量的波包越宽，影响越明显；反过来，腔场将影响原子质心的动量分布和原子算符的压缩效应，原子质心运动的波包越宽，对压缩效应的影响越明显。     

微波接收前端高功率微波效应实验研究

高功率微波可通过雷达、电子战装备的天线进入装备内部,这种方式耦合能力强、峰值幅度大,容易造成装备电磁干扰或损伤.因此,有必要开展高功率微波对电子设备的作用效应和防护研究.针对设备级高功率微波效应研究较少的现状,以某X波段微波接收前端为对象,采用注入法开展高功率微波损伤效应实验,获取了效应现象和数据.结果显示,无限幅器保护时,注入微波的峰值功率达到48.8 dBm,单个脉冲就能损伤微波接收前端的低噪声放大器;采用限幅器防护后,注入微波的峰值功率需增加到60.7 dBm,脉冲数增加到100个才能实现微波接收前端的损伤.实验表明,能量沉积是进行损伤的必要条件,通过高峰值功率短脉冲或长脉宽脉冲串,高功率微波都可以对电子设备中的敏感器件造成损伤,综合运用峰值功率、脉宽和脉冲数等参数可增强高功率微波作用效应.在此基础上,还分析了典型参数高功率微波武器对电子设备的作用距离、作用规律,可为武器装备高功率微波效应评估和防护设计提供参考.     

微波铁氧体有效线宽△H_(eff)的测量

本文提出采用反射式样品腔作为稳频腔，通过测试腔的谐振频率和反射系数求出有效线宽△Ｈｅｆｆ。将谐振腔的品质因数Ｑ０提高，和使谐振腔接近临介耦合以及适当加大样品体积，可以测试低损耗铁氧体样品的非共振区有效线宽。 讨论了微波场为非严格园偏振场时对测量有效线宽△Ｈｅｆｆ的影响。     

微波铁氧体有效线宽△H_(eff)的测量

本文提出采用反射式样品腔作为稳频腔,通过测试腔的谐振频率和反射系数求出有效线宽△H_(eff)。将谐振腔的品质因数Qo提高,和使谐振腔接近临介耦合以及适当加大样品体积,可以测试低损耗铁氧体样品的非共振区有效线宽。 讨论了微波场为非严格园偏振场时对测量有效线宽△H_(eff)的影响。     

谐振腔增强型光探测器的优化设计

在光通信系统中,量子效率和响应速率是光电探测器的2个重要的参数,要获得高的量子效率就必须增大吸收层的厚度,而增大吸收层的厚度将导致载流子渡越时间的延长,从而使响应速率下降.谐振腔增强型光探测器（Resonant Cavity Enhanced Photo Detector,简称REC）可以有效地解决量子效率与响应速率之间相互制约关系.笔者从实际的长波长RCE出发,充分考虑器件制备的工艺难度,综合分析其各方面因素,并对器件整体设计进行优化.     

圆柱型谐振腔最大电磁能量耦合方法

利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质不同而变化这一特性可以实现液体、气体介电常数的精确测量,其中微波谐振腔与外波导的能量耦合程度将直接影响整个测试系统的性能和精度.根据电磁波在波导中的传播特性建立微波谐振腔的耦合模型.通过对谐振腔的耦合孔和波导耦合面电磁能量的仿真与分析,选择最佳匹配连接方式,使谐振腔有最大的电磁能量输出.仿真实验证明,连接波导中心与谐振腔耦合孔中心重合处不是电磁能量最大耦合位置,只有连接波导中心偏离谐振器耦合孔中心一定位置才能得到电磁能量的最大耦合.