微波等离子体设备场分布的仿真和实验

为使激发微波等离子体的腔体设计更便捷并详细了解腔内的电场分布,迫切希望有仿真工具支持.该文介绍了一台环形波导微波等离子体设备,利用一种有限元软件对反应腔内的电场分布和功率密度进行仿真,并运用光电探头和水负载温升法实际测量反应腔内的对应参数.实验结果表明: 反应腔内的电场分布、功率密度均与仿真结果大致接近,证实运用此种计算工具对微波等离子体反应腔进行数字化设计是可行的.同时,该软件仿真得到的腔内电场分布,能够为微波等离子体激发过程的研究提供指导.     

平行板多层介质径向波导的本征模

对平行板多层介质径向波导（径向均匀）进行分析是采用径向模式匹配法分配介质加载圆柱腔的基础。从理论上首先采用了赫兹矢量法分析了平行板多层介质径向波导TE^Z模和TM^z模的场分布，然后利用Sturm-Lowville本征值理论讨论了本征模横向矢量场的正交完备性。     

薄环形等离子体填充波导中的T-G模式研究

利用等离子体流体模型和线性场理论,分别导出了无限薄环形等离子体填充圆柱波导和无限薄环形等离子体填充波纹波导中的色散关系。通过数值计算,对以上两种情况下的T—G模的特性作了相应的比较和分析。研究表明,在无限薄环形等离子体填充情况下,T-G模的频率不再受到等离子体振荡频率的限制。     

随机粗糙面上介质目标差场散射的快速计算方法

用粗糙面上方有目标和无目标时空间散射场的差值计算雷达散射截面, 称为差场雷达散射截面. 推导了 TE波入射时粗糙表面上介质目标表面的感应电流J _o和感应磁流 K_o、导体粗糙面上差值感应电流 J_sd的积分方程, 直接求解散射差场E_sd, 而无需对有无目标两种情况分别求解. 目标表面的积分方程中需要计算目标所在位置处单独由粗糙面贡献的散射场 E_s0, 它主要来自对准目标的镜面方向上的一小段粗糙面的贡献, 此时选取的小段粗糙面减小了计算量. 提出目标与粗糙面散射差场积分方程互耦迭代的求解方法. 由于理想导体粗糙面的强镜面散射特性, 在该迭代计算中的粗糙面的长度与观测散射角有关, 给出了它们之间的解析关系式, 此时选取的粗糙面长度远小于现有的方法, 特别适于低掠角问题. 结合 Monte Carlo 法, 迭代计算了 P-M谱(Pierson-Moskowitz)导体粗糙海面上方不同介质材料的圆柱和方柱目标的差场散射, 并与理想导体柱的散射进行比较. 讨论了介质目标上感应电流、感应磁流, 以及粗糙面上的差值感应电流的分布, 目标差场散射的峰值特征等.     

等离子体加载对色散吸收介质光腔量子性质的影响

研究等离子体加载对色散吸收介质光腔系统量子性质的影响.结果表明,介质加载使系统真空场起伏功率谱的空间分布发生明显变化,等离子体加载光腔的工作状态与所选光场频率密切相关.     

消逝场增益耦合微型球腔的光散射理论研究

 采用米氏光散射理论,计算了微型球腔中口哨廊模(WGMs)的场强分布.对球腔浸入不同折射率的液体介质后的场强分布,WGMs的消逝场模体积占总场模体积的比值(η值),WGMs的品质因素(Q值)等重要参数做了计算和分析.结果表明:随着球腔和环境介质相对折射率的减小,WGMs的Q值变低,η值增加.较高的η值,增加了消逝波增益耦合的耦合效率,有利于微型球腔中消逝波增益耦合的受激辐射放大过程.     

休斯型耦合腔电磁色散特性研究

微波电子器件中填充等离子体是提高其输出功率和效率增加工作带宽的有效途径之一.利用电磁场分析理论模型,研究了行波管耦合腔高频慢波结构的色散特性,建立了填充等离子体耦合腔高频慢波结构的色散分析模型.研究表明,填充等离子体后高频慢波结构的色散行为发生了重大变化.首先是当电磁波频率高于等离子体频率时,色散频谱有一个微小的上移;其次是当电磁波频率低于等离子体频率时,发现了一种新的电磁波模式——混合模.工作在混合模的行波管具有更宽的带宽,可达到未填充等离子体时的带宽的一倍以上.混合模是体积模,电场在电子通道的对称轴附近最强,更有利于电子与微波之间能量的有效交换,易于实现大功率微波电子器件.     

睾丸模型在微波圆柱腔中的受热分布研究

应用微波局部加热男性睾丸以抑制精子的生成,从而获得一种可复性男性避孕方法已研究了多年.试图从理论上求解出在微波圆柱腔内男性睾丸内部的场分布,会遇到极大的困难.这主要是由于边界条件和腔内有载时驻波分布均十分复杂的缘故.用模型实验研究是一个简易实用的方法,文[5,6]报道了在外场照射下男性睾丸模型内部的受热分布情况,这里进一步给出在微波圆柱腔内睾丸模型的受热分布,以便对今后临床应用提供参考数据.     

TE_(111)双模圆柱腔椭圆函数滤波器的耦合设计

滤波器是邻频频道合成器的关键部件之一 ,而耦合问题又是滤波器设计的关键。文中论述了TE111双模圆柱腔椭圆函数滤波器中 ,简并腔模及腔间与端面的耦合设计。文中巧妙地使用调谐螺钉和耦合螺钉 ,解决了TE111双模圆柱腔椭圆函数滤波器中 ,简并腔模及腔间与端面的耦合设计问题 ,最后给出了该方法设计出的产品的实测数据。     

本文是由中国工程院院士李同保教授审查推荐的.

应用Elenbass-Heller局部能量平衡方程及TM010模式下的微波场Maxwell方程,在简化的物理模型基础上采用数值计算的方法模拟得微波(2450MHz)无极放电的Hg等离子体的温度分布轮廓.通过自建实验装置的实验测量,将理论模似与实验结果进行对比验证.最后用趋肤效应的理论解释微波激发等离子体温度分布的特点.同时对微波等离子体的温度分布轮廓进行讨论.     

超短光脉冲在圆柱对称性共振介质中的传播特性

摘要:用有限差分方法求解Maxwell和Bloch的联立方程,得到圆柱对称共振介质中超短光传播的规律。计算中解决了在圆柱中心线上Maxwell方程存在发散项1/r以及用圆柱中心线作为边界条件时,中心线上光场值难确定的问题,因而光场只需从圆柱中心计算到圆柱边界,和以圆柱的两条边做为边界条件比较,节省了将近一半的计算时间和计算机存储空间。计算结果表明,在考虑空间效应时,峰面积为2 的超短光脉冲不再以孤子的形式传播,光场的形状将发生变化,变形的程度和光与物质相互作用的强度有关:强度较小时,光场包络在时间和空间两方面都展宽;强度较大时,则发生分裂。光与物质相互作用的强度与光场大小、偶极矩、共振粒子浓度等因素有关。     

圆柱形炸药空爆在近场空间的超压估算公式

圆柱形炸药空爆后在近场空间会形成强度不均匀的超压场,在相同等效衰减距离、不同空间角度上的近场超压可相差数倍甚至一个量级以上. 为了准确、快速地评估圆柱空爆近场超压强度及分布差异给近场不同区域毁伤效应和防护效果带来的影响,在圆柱空爆近场实验数据匮乏的情况下使用经过实验效验的模拟数据来补足样本空间,通过数据拟合的方式给出了圆柱装药空爆在较小等效衰减距离下的超压估算公式. 首先,通过与球形装药下的经验公式和圆柱装药下的实验结果对比,分别验证了模拟结果在球形和圆柱装药情况下均具有一定置信度;之后,以二次多项式的形式拟合得到了圆柱空爆近场超压估算公式,并给出了6种不同长径比圆柱空爆在不同空间位置上超压的实验结果与估算公式结果的对比. 结果表明,估算公式可在较小误差范围内给出炸药空爆在近场空间任意位置上的超压,其经实验校验具有一定置信度的适用范围是圆柱长径比为1/4~4、等效衰减距离为0.2~2.0 m/kg1/3.      

静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析

基于圆柱型空腔吸声覆盖层的二维解析理论,在只考虑黏弹性圆柱管中最低阶轴对称波的条件下,推导出圆柱管的平均阻抗,将变截面圆柱型空腔腔体单元近似为截面呈阶梯变化的多个圆柱管组合,用传输线组合描述整个腔体单元,以简化吸声覆盖层声学性能参数的计算方法;利用有限元软件分析了静压条件下吸声覆盖层的腔体单元变形,结合简化计算方法分析了静压对吸声覆盖层声学性能的影响.结果表明,静压作用于吸声覆盖层引起了腔体单元厚度减小和空腔半径缩小,使得吸声覆盖层的低频吸声性能变差,且吸声峰值向高频方向偏移.     

核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载计算方法

为研究核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载的计算问题。采用核爆模拟装置进行了爆炸荷载作用下密实砂土内钢质圆柱壳模型试验，得到了有关动压力的时程曲线。试验表明钢质圆柱壳结构的动压力分布不同于钢筋混凝土结构，其中密实砂土中钢质圆柱壳的底部压力大于顶部压力。在试验基础上，通过动力有限元数值模拟，得到了核爆条件下密实砂土和软粘土两类地层的圆柱壳动荷载分布规律与计算方法。综合试验和数值模拟结果，结合现行设计规范方法，给出了全埋钢油罐动荷载的工程实用计算方法。     

核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载计算方法

为研究核爆条件下土中钢质圆柱壳动荷载的计算问题。采用核爆模拟装置进行了爆炸荷载作用下密实砂土内钢质圆柱壳模型试验,得到了有关动压力的时程曲线。试验表明钢质圆柱壳结构的动压力分布不同于钢筋混凝土结构,其中密实砂土中钢质圆柱壳的底部压力大于顶部压力。在试验基础上,通过动力有限元数值模拟,得到了核爆条件下密实砂土和软粘土两类地层的圆柱壳动荷载分布规律与计算方法。综合试验和数值模拟结果,结合现行设计规范方法,给出了全埋钢油罐动荷载的工程实用计算方法。     

基于扩展相位的柱面图像拼接算法研究

提出了一种柱面图像拼接方法,首先利用扩展相位相关算法获取变换矩阵,将其经过Levenberg-Marquart（LM）算法优化之后获取理想8参数模型,其次利用8参数模型进行同心圆焦距的估计,获取柱面拼接图像的半径,最后对投影后的柱面图像再利用扩展相位相关算法、加权融合算法进行拼接,实验验证了这种方法的有效性。     

Bessel光束经柱透镜的衍射光场

基于空间域中的广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,导出Bessel光束通过柱透镜光强分布表达式,利用计算机模拟不同传播距离处的截面光强分布.利用轴棱锥产生Bessel光束,光束经过焦距为130 mm的柱透镜,用CCD拍摄柱透镜的后不同传播距离的处光强分布.结果表明:实验所得结果与理论模拟吻合,Bessel光束经柱透镜后将产生唇状焦散光束.     

含局部预应力的圆柱壳结构声辐射特性分析

以圆柱壳结构-声辐射特性为研究对象,分析了局部预应力对结构动力学特性的影响.基于Flügge圆柱壳薄壳理论,建立了含局部预应力的圆柱壳结构应力-应变方程,应用变分原理推导了含局部预应力的圆柱壳结构动力响应方程.结合结构有限元和声边界元法,对圆柱壳结构的声辐射问题进行数值分析,对比了预应力对声辐射功率和声指向性的影响.结果表明,由于局部预应力的存在,使得结构的局部和总体刚度都发生变化,并引起结构声振特性的变化.     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.