等离子体填充相对论行波管

相对论行波管是近20年来发展起来的一种重要的高功率微波器件,它利用电子注中的慢空间电荷波与结构波发生同步互作用来实现高频信号放大.近年来研究发现,当在微波器件中填充了等离子体以后,器件的输出功率和互作用效率得到显著提高,同时等离子体还可改善电子注的传输质量,甚至取消笨重的外加磁场.综述了等离子体填充相对论行波管的研究背景和国内外的发展概况,报道了该类器件在理论和实验研究两个方面的最新进展,具体分析了等离子体加载两种慢波结构--波纹波导和螺旋线中电磁波传播的色散方程,预测了该类器件的发展趋势,提出了一些建议.     

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.     

考虑空间电荷自洽作用和绝缘磁场的单边multipactor模型

在考虑了波束相互作用腔中的射频场、聚焦磁场和空间电荷产生的静电场及空间电子束形成自洽相互作用的基础上,针对典型的高功率微波器件——磁绝缘线振荡器建立了单边次级电子倍增模型,统计分析了整个倍增过程中次级电子数目及器件腔壁吸收碰撞电子能量随时间的变化规律,给出了不同聚焦磁场值和电子碰撞角时次级电子的倍增情况.     

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.     

随机耦合模型在复杂腔体内电子器件损伤概率研究中的应用

针对高功率微波脉冲参数对复杂腔体内器件损伤概率的影响,以TTL门电路为研究对象,利用随机耦合模型对高斯脉冲干扰下复杂腔体内电子器件的损伤概率进行了分析和预测,重点计算分析了高斯脉冲的脉冲上升沿、脉冲间隔、脉冲幅值及脉冲个数对复杂腔体内电子器件损伤概率的影响.计算结果表明,电子器件的损伤概率随脉冲上升沿、脉冲幅值、脉冲个数的增大而增大,随脉冲间隔的增大而减小.该方法的研究为大规模不规则电子系统中电子器件的电磁兼容、电磁效应评估、电磁防护及电磁加固等工作提供了新的指导.     

一种新型的短波长毫米波器件——准光学腔高次谐波回旋潘尼管的理论分析

基于准光学腔回旋管(Gyrotron)的电子注结构及微波电路和潘尼管(Peniotron)的工作机理,本文提出一种新型的短波长毫米波器件——准光学腔回旋潘尼管。文中从电子相对论运动方程出发,导出了计算公式,采用计算机模拟,计算了注波相互作用效率,在80KV,100GHz,三次回旋谐波下工作,得到了效率为43％,而外加磁场仅为13.3KG的结果,显示了这种器件作为在短毫米波长下能以常规磁场工作的高效率、高功率源的实际可能性。     

采用多准则决策分析的高功率微波源多目标优化设计

为解决高功率微波源优化设计难度较大的问题，将多准则决策分析方法、遗传算法和全电磁粒子模拟软件UNIPIC相结合，提出了一种适于高功率微波源的多目标优化设计方法FSAWS-GA。通过对待优化器件的结构参数进行浮点编码生成种群个体，利用多准则决策分析方法中的主观目标和客观目标评价算法实现个体适应度评价，基于遗传算法实现种群进化，达到高功率微波源多目标优化设计的目的。对比测试结果表明：FSAWS-GA算法较传统单目标遗传优化算法，对高功率微波源优化有更好的适应性，能够优化出多性能指标均符合设计要求的器件结构。利用FSAWS-GA对一种Ka波段的相对论返波管进行了结构优化测试，得到了输出功率为0.642 GW、工作频率为26.68 GHz、频率纯度为0.09、电子通过率为86.72%、能量转换效率为15.6%的新型器件结构。新型器件结构在确保多项性能指标均满足设计要求的前提下，输出功率较原器件提高了210.1%,验证了利用FSAWS-GA算法实现高功率微波源多目标优化设计的可行性。     

高功率脉冲微波辐照大鼠体内场强的数值模拟

文章在建立大鼠电磁模型的基础上,用时域有限差分法(FDTD)分别计算了2.71 GHz和9.33 GHz高功率脉冲微波(HPPM)辐照大鼠时,大鼠体内,尤其是心脏、肝脏、大脑等器官的电场强度分布.结果显示,2.71 GHz的HPPM腹部和侧部方向辐照时,大鼠各器官的场强从大到小依次为心脏、大脑、肝脏;9.33 GHz HPPM辐照时,场强从大到小依次为大脑、肝脏、心脏.并且相同功率密度的2.71 GHz的HPPM入射到大鼠体内的平均场强约为9.33 GHz HPPM的4倍.结果表明,脉冲微波入射到大鼠体内各器官的场强分布存在一定差异,并与微波的频率以及微波入射方向密切相关.因此,研究HPPM生物效应时,需深入分析生物体内部的场强分布,才能科学合理地表示产生生物效应的电磁辐射剂量,得到较正确的高功率脉冲微波生物效应的量效关系.     

GaN基场效应器件Monte Carlo模拟

基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温、高功率微波器件方面有极其重要的应用前景.文章用自洽-耦合蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管作了模拟,给出了器件直流特性的Monte Carlo模拟结果,包括器件的粒子分布及器件的等势线分布,最后给出器件在不同栅电压下的直流输出特性.文章的模拟结果对研究GaN基场效应器件有指导意义.     

高功率脉冲Nd：YAG激光器实验研究

时高功率脉冲YAG激光器的输出镜的透过率、泵浦电压、器件的工作方式等进行实验研究,实现了平均输出功率528W YAG脉冲激光器的运转。     

在相对论性激光-等离子体系统中模拟激光参数对等离子弧柱形态的影响

基于相对论性激光-等离子体动力学理论和PIC方法建立了激光入射等离子弧柱的模型,该模型描述了激光入射等离子弧后粒子的运动,并模拟了弧柱形态的变化。通过改变激光的平均功率、脉冲宽度以及重复频率,模拟等离子弧柱形态变化,得到的激光参数对等离子弧柱形态的影响规律。通过控制弧柱的直径可以提高材料的熔积性能。计算结果表明增大激光平均功率、脉冲宽度,可以更深地压缩等离子弧;但是,重复频率的影响则会出现波动现象。激光等离子复合加工更适合于精细加工。     

掺钛蓝宝石激光器自锁模机制分析

掺钛蓝宝石自锁模激光器中产生自锁模的主要因素是自振幅调制（ＳＡＭ）、自相位调制（ＳＰＭ）和群速度色散（ＧＶＤ）。本文详细地分析了三要素在锁模脉冲形式的不同阶段所起的作用,指出在整个过程中自振幅调制对脉宽压缩起主要作用,而引入的适量负群速度色散在后期对ＳＰＭ效应与正ＧＶＤ起补偿作用,可获得最窄脉冲。最后,讨论了形成不稳定锁模脉冲的可能性。     

整体加筋翼梁结构止裂性能研究

利用ANSYS软件,研究了整体加筋翼梁结构止裂筋位置和截面不同时的应力强度因子和裂纹扩展特性,为了便于比较,并对无止裂筋梁进行了分析。给出了不同止裂筋位置和截面宽厚比下的应力强度因子曲线,分析了止裂筋断裂后对整体加筋翼梁的影响。最后,在给定止裂筋重量条件下讨论了最优止裂性能筋条的宽厚比。     

超短洛仑兹脉冲的均方根脉冲宽度

当激光脉冲极短时,通常使用的半高全宽脉冲宽度并不能很好地描述洛仑兹脉冲,使用均方根脉冲宽度更为严格.利用理论推导的方法,给出了超短洛仑兹脉冲均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度的关系式.研究表明,当半高全宽脉冲宽度大于一个光学振荡周期时,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度一致;当半高全宽脉冲宽度小于一个光学振荡周期时,均方根脉冲宽度与半高全宽脉冲宽度有较大的差异,并且绝对相位对均方根脉冲宽度的影响很大.     

激光与微波功率对金刚石NV色心磁强计ESR谱线的影响研究

金刚石氮空穴色心磁强计广泛采用连续波光探测磁共振脉冲进行磁测,其灵敏度指标主要受到激光功率和微波功率影响.基于金刚石氮空穴色心系综搭建了一套共聚焦磁场检测系统,调节激光功率和微波功率测量相应的电子自旋共振谱的谱线半高宽和谱线对比度.实验表明,谱线半高宽主要受到微波功率影响,谱线对比度同时受到微波功率和激光功率影响;保持微波功率不变提高激光功率,观测到了明显的谱线半高宽变窄.系统的最优参数可分两步获得,首先调整微波功率获得较好谱线半高宽,再提高激光功率获得更好的对比度和谱线半高宽.      

高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的试验研究和分析

为了研究配置高强钢筋混凝土梁开裂后的使用性能,对14根配置500MPa钢筋的混凝土梁进行了受弯性能试验.给出了梁侧面裂缝宽度沿裂缝高度的分布规律;梁底面裂缝宽度沿梁宽变化规律;典型位置处平均裂缝宽度与弯矩关系等,并对裂缝宽度值进行了统计分析.由本次试验和其他相关试验的数据分析表明:在钢筋应力较高时产生的次生裂缝会明显抑制主裂缝的扩展速度;我国现行规范的裂缝宽度公式的计算值明显大于试验值,不适用于配置高强钢筋混凝土梁的情况.对钢筋高应力下的裂缝宽度主要影响因素进行了分析,并提出了配置高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的2种计算模式.建议公式与试验结果吻合较好.     

强吸收固体中激光超声脉冲的特性研究

 对梯形激光脉冲入射到半无限强吸收固体媒质中热弹激发的超声应力脉冲进行了研究.给出了媒质表面束缚和自由2种情况下的超声应力脉冲的表达式及其理论曲线,并给出了自由表面下的实验结果,都表明表面束缚时应力脉冲是单极性的,自由时是双极性的,应力脉冲增宽不大,其特性还受激光脉冲形状的影响.     

脉冲微波式氢原子钟初步结果

通过向原子钟微波腔内导入相干的脉冲微波信号,同时设置适当的脉冲信号参数,可以激发原子共振跃迁的Ramsey条纹,利用其中心条纹作为钟跃迁可以极大地压缩原子钟的谱线宽度,有望提高原子钟的电性能指标.该项技术已经在pop铷钟上得到应用,成功压缩了铷原子的共振谱线线宽.中国科学院上海天文台在被动型氢原子钟物理系统的基础上,开展了氢原子微波脉冲激励技术的研究,设计了微波脉冲扫频电路,目前已经初步观测到氢原子的Ramsey条纹,从而证明了该项技术用于氢原子钟的可行性.计划优化系统和微波信号参数,从而进一步压缩原子线宽.同时设计完善的伺服电路,实现原子钟的环路锁定,形成脉冲微波式氢原子钟,并测试和优化了整机性能指标.