数值模拟天线与等离子体的耦合过程

采用等离子体平板模型和三维天线模型研究JET装置中离子回旋频段的天线与等离子体的耦合过程, 在离子回旋波被等离子体全部吸收的假设条件下, 通过数值求解等离子体中的快磁声波方程,得到天线耦合到等离子体的总功率随天线到外金属壁的距离的增加而增加.     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

高功率天馈系统的设计——可控相位波导阵列天线

以磁化等离子体为终端负载,设计一种可控相位波导阵列天线的天馈系统,通过相邻波导间相位的任意调节,可以获得所期望的Ｎ１１功率谱,从而把高功率的微波有效地耦合到等离子体中。数值计算表明,该系统完全满足所设计的要求,为系统的设计提供了理论依据。     

埋地式无线传感器的磁感应通信天线模型

磁感应通信方式由于其传播特性不受介质电学特性影响、无多径效应、天线尺寸小等优点,非常适合在地层介质中或水下环境传输信号使用。然而其在近场衰减快的特点,也限制了传输距离。为增加通信距离,在Zhi Sun超材料天线模型的基础上,提出了一种改进的小型超材料天线模型,即在螺旋线圈内部增加铁氧体棒,随后又对球形超材料壳内用弱磁材料进行了填充。用Comsol对此模型进行了仿真,并比较了大半径线圈模型、大半径铁氧体模型、小半径超材料模型以及改进的小半径超材料模型在不同的填充物条件下接收端天线感应的磁场强度。仿真结果表明相同传播距离条件下,改进的小半径超材料天线方案的磁通信系统的接收端天线处的磁场强度最高;如果只对接收磁天线超材料壳内加填充材料而发送端天线壳内不加填充材料的情况下,改进的小型超材料天线模型的接收天线处耦合磁场强度相比大半径的线圈模型时接收天线的磁耦合强度提高了约20 dB.     

碰撞辐射模型诊断双频容性耦合等离子体

建立了一个适用于低气压下双频容性耦合氩(Ar)等离子体的碰撞辐射模型,在试验仪器和条件不变的情况下,发现电源频率对该模型的影响不大。利用碰撞辐射模型结合发射光谱(OES),测试了双频容性耦合Ar等离子体在高低频放电中电子温度(T_e)和电子密度(n_e)随功率的变化情况。结果表明:n_e随功率的增加呈递增趋势,但高频放电中增长的幅度更大,这说明在双频容性耦合等离子体放电中,虽然高频和低频功率并未完全解耦,但高频功率仍在控制等离子体的密度方面占主导作用;高频和低频功率对T_e的影响相差不大。     

耦合电感元件的复功率分析

利用正弦交流电路中耦合电感元件的受控源模型,分析串联、并联耦合电感线圈及空心变压器中耦合电感的复功率及与电源之间的功率关系,直接、方便获得由磁耦合引起的有功功率和无功功率。     

表面波等离子体天线物理特性的理论分析

根据表面波驱动等离子体的方法,建立一种表面波等离子体天线实验系统装置.在该实验系统中,根据等离子体天线的典型实验参数条件,从理论上对该表面波等离子体天线的特性进行了分析,包括:等离子体的电子温度、等离子体密度及其沿等离子体柱的分布情况、等离子体噪声及其对天线噪声的影响,以及等离子体天线的实际长度和导电率与表面波驱动的射频功率的关系.分析结果表明,等离子体圆柱的长度因射频功率的方根增加而增长,而沿圆柱的导电率呈线性关系.     

用蒙特—卡罗模型模拟铪等离子体光谱

阐述了中间耦合情况下的Monte-Carlo理论模型。在局域热动平衡条件下，用Monte-Carlo模型模拟Hf等离子体复杂光谱的部分光谱；类锆铪的光谱，其主要方法是：由未分辩跃迁阵（UTA）方法计算出类锆铪等离子体的4d^4-4d^35p束缚束缚跃迁阵的谱线数目，从高斯分布中随机确定每条谱线的能量，再根据完全中间耦合时能量与强度的关系琰确定每条谱线的强度，从而模拟未分辨跃迁阵Hf^32 4d^4-4d^35p的光谱线。     

外加磁场对小功率电感耦合微波微等离子体激励的影响

为使小功率微波微等离子体源进一步小型化,提出了通过外加磁场减小微波微等离子体激励功率的方法。首先对2.45GHz平面微带渐变螺旋天线进行数值仿真,得到最佳结构尺寸;其次在螺旋天线上加载高斯磁感应强度分别为360、990和2 840Gs的环形磁铁,测试得到加载磁场前后的S参数;最后通过改变磁铁及磁极方向,研究其对小功率电感耦合微波微等离子体激励的影响。实验结果表明:当空气气压为666.6Pa时,磁场强度和磁极方向均可使小功率微波微等离子体的激励功率和熄灭功率发生变化,且磁铁S极朝外更有利于激励;随着磁场强度的增大,激励功率逐渐减小;外加磁场时的最小激励功率比未加载磁场时的激励功率减小了15%。该研究结果在微化学分析系统、小尺寸材料的表面处理等领域具有良好的应用前景。     

高速太阳风中质子的随机湍动加热

在高速太阳风中，Ａｌｆｖｅｎ波在传播过程中其能量可能转移给快磁声波，当磁场强度和Ａｌｆｖｅｎ波速度趋于零时，快磁声波将转变为离子声波。通过对质子的随机湍动加热，而导致高速太阳风中质子平均温度高于电子的平均温度。     

互耦效应对天线阵单元间相关性的影响

分析了互耦效应对多天线性能的影响,通过网络等效分析法对天线模型进行简化分析,得出阻抗矩阵和收发端的耦合矩阵。推导出互耦效应时天线阵元空间相关性的通用表达式,并论证了它与无互耦时空间相关性的关系。研究了互耦效应分别对平行天线阵列和共线天线阵列阵元间空间相关性的影响。仿真分析表明,互耦效应对于两种天线阵列的影响显著不同,适当的选择天线阵列可以有效地改善互耦效应对于系统性能的影响。     

可重构的硅基等离子体通道的辐射性能研究

表面PIN二极管导通时可以形成固态硅基等离子体通道,这种通道具有类金属性并能够传递电磁波.当由上述通道单元耦合形成特定的结构时,它将对外辐射电磁波信号.本文简要阐述了此种通道的形成机理,通过软件设计并导通表面PIN二极管阵列上不同单元,构造形成单极、双频、八木天线等结构.期望通过以上不同结构实现对硅基等离子体通道辐射性能的研究.仿真结果表明,利用动态调控表面PIN二极管阵列的方法,硅基等离子体通道能够实现对电磁波的辐射,并能改变辐射频率、多频段的调节及辐射方向图的动态可重构等.因此,硅基等离子体阵列天线具有可重构、智能化、隐身等诸多优点.这些系统的理论研究进一步促进了人们对硅基固体等离子通道的理解,为此类天线的设计和加工提供理论指导.     

4～8级大风的次声波三维动态频谱测量研究

将三台次声接收器 ,以次声三点阵形式安装在北京昌平 ,测量到 2 0 0 0年 1～ 4月 12次 4级大风、10次 5级大风、5次 6级大风、3次 7级大风和 2次 8级大风的次声波P t曲线。用快速傅立叶变换得到它们的三维动态频谱。频谱分析结果表明 ,4～ 8级大风均能产生振幅较强、方向可测的次声波 ,它们有许多 5 ,8,10 ,12 ,15min左右的短周期成分 ,同时也有 30～ 6 5min的长周期成分 ,每隔一段时间就出现从短周期到长周期连成一片的现象 ,风力越大 ,连接出现得越频繁。大风的次声波三维动态频谱的强振幅平均值与风力级数的大小有关 ,前者随后者的增加而增大 ,根据风的次声三维动态频谱用得到的经验公式可以估算出风力级数     

基于LS-SVM广义逆的三相四桥臂有源滤波器的内模控制

考虑到有源滤波器数学模型的多变量、强耦合、非线性的特点,提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)广义逆系统的三相四桥臂有源滤波器的内模控制策略.利用LS-SVM运算速度快的特点,动态逼近原系统的广义逆模型,同时引入内模控制和解耦控制,构成了广义伪线性复合系统,将控制转化为最优滤波问题.仿真结果表明,该方法稳态精度高,动态响应速度快.     

电大尺寸载体天线间宽带干扰耦合快速分析

为求解电大尺寸载体天线间的宽带干扰耦合度,建立了天线间干扰耦合分析模型,提出了自适应多层快速多极子算法作为求解该耦合分析模型的核心算法.该算法将阻抗积分表达式中的基函数和权函数分别用不同空间位置上的Dirac函数展开,使阻抗积分的计算得到大大简化,所有转移过程可由快速傅里叶变换计算完成,应用波形渐进估计技术计算载体表面及天线上的宽带电流值,最后结合微波二端口网络理论求得天线间的宽带耦合度.数值实验和实测结果证明,在精度相等的前提下,所提出的快速分析方法比传统快速分析方法的计算效率和存储效率均提高了30%左右.     

半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁波展宽特性分析

介绍了自洽式多粒子蒙特卡罗方法模拟半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁时域波形。模型中采用光能、脉宽可调飞秒激光器作为触发光源,模拟的THz电磁波形与实验基本吻合。通过载流子在光电导体内的动态输运特性,分析了辐射THz电磁波场比触发光脉冲展宽的物理机制在于:光生载流子在外电场作用下,从初始状态到速度达到稳态要经历一个动量和能量弛豫过程,而正是由于载流子动量和能量的弛豫过程导致光电导天线辐射的太赫兹波展宽。高光能、低偏置电场下,空间电荷电场是造成光电导天线辐射的THz波呈现双极性的主要原因。     

Crust-mantle coupling in North China: Preliminary analysis from seismic anisotropy

Data from the CASN (Capital Area Seismograph Network), NSNC (National Seismograph Network of China), and IRIS (Incor-porated Research Institutions for Seismology) are compared with data from a temporary North China Seismic Array to obtain the background orientation of the horizontal crustal principal compressive stress at NE 95.1°±15.4° in North China. Data are corrected for disturbances of faults and irregular tectonics, and are used to constrain the fast SKS polarization at NE 110.2°±15.8° in North China. Individual station analyses suggests that there is consistently more than 10° difference between the polarizations of fast shear-wave in the crust and those of fast SKS phases. Azimuthally anisotropic phase velocities of Rayleigh waves at different periods also indicate an orientation change for fast velocity with depth. It suggests the crust-mantle coupling in North China follows neither the simple decoupling model nor the strong coupling model. Instead, it is possibly some inhomogeneous combination of two models or some gradual-change model of physical characteristics. This study shows that anisotropy in the crust and mantle could be multiply characterized more correctly and crust-mantle coupling could be analyzed further, if increasing near-field shear-wave splitting data that indicate crustal anisotropy, combined with the azimuthal anisotropy of Rayleigh waves, besides the result of SKS splitting travelling through lithosphere and surface GPS measurements.