摘要：结合理论分析和数值模拟,研究了TM_(02)模过模结构相对论返波管的模式竞争机制.理论推导得到波纹波导中混合模式与圆波导中对应模式的近似关系,以近似模式作为波导输入来计算包含的高频结构S11参数曲线,分析各模式的品质因数.三维粒子模拟结果显示,当TM_(02)模式的耦合阻抗优势明显时,束波作用点基本不受两端反射影响,输出的其他模式微波主要是由互作用模式转换而来;当耦合阻抗优势不明显时,品质因数的改变会影响束波相互作用,起振模式随之变化.各模式群速度接近时,谐振对工作模式的影响的实质是末端反射主导下的品质因数对模式的影响.品质因数和耦合阻抗对返波管工作模式的共同作用为在输出模式稳定的前提下优化输出功率、降低磁场提供了更大空间,使用多目标优化设计算法对相对论返波管进行优化,最终三维模拟得到的返波管输出功率达到534 MW,TM_(02)模式输出功率占比94.95%.

摘要：星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研制周期的重要手段。为了进一步改善现有蒙特卡洛方法的计算准确度问题,文中提出了一种精度更高的计算星载微波部件微放电阈值的蒙特卡罗方法,该方法对参与微放电过程的初始电子进行了动态调整,采用四阶龙格-库塔法推进微波部件中电子的运动轨迹,基于Furman模型描述电子与微波表面相互作用的二次电子发射过程,按照碰撞电子产生的实际二次电子个数及对应能量参与碰撞时刻后的微放电过程,该多粒子-多碰撞过程更加客观、准确地表征了微放电效应发生的物理过程。以平板传输线和同轴传输线为例,文中所提出的方法相对于已有的蒙特卡罗方法计算精度显著提升,同时计算效率优于商用CST的粒子模拟结果。

摘要：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FSAWSGA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0.642GW、工作频率为26.68GHz、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。

摘要：为了对高功率微波(HPM)在线测量系统中的核心器件耦合器进行准确标定,采用锥形渐变加圆柱的内导体结构,设计了一种S波段同轴TEM模式转圆波导TM_(01)模式的模式转换器。从模式耦合和阻抗匹配的基本思路出发,对模式转换过程、工作带宽的扩展以及非TM_(01)模式的抑制等方面进行了理论分析。使用CST仿真软件对模式转换器的结构参数进行了优化,对模式转换器的反射性能、传输性能、工作带宽、输出模式和脉冲响应进行了实验测量。仿真和实验结果均表明:所设计的模式转换器中几乎不含有TE_(11)和TM_(01)模式以上的高次模式,TM_(01)模式纯度较高;在工作频点2.1 GHz处的反射系数小于-30 dB,传输系数大于-0.2 dB,实测模式转换效率可以达到96%以上,工作带宽为74 MHz,而且脉冲响应时间很短。该模式转换器目前已成功应用于S波段在线耦合器的标定之中。该研究为HPM在线测量过程中模式转换器的设计提供了新思路。

摘要：基于单台脉冲功率驱动源同时驱动两个微波器件产生双频高功率微波的构想,设计了一种双路短脉冲输出结构,其接于主开关后,能够将主开关产生的高压纳秒脉冲传输至高功率微波产生器。两路脉冲由同一脉冲源产生,具有很好的一致性。对双路输出结构脉冲传输过程进行了建模仿真,研究了传输线阻抗、输入脉冲前沿等电学参数对输出波形质量的影响规律,并完成了绝缘风险分析及结构优化。经评估,在前沿4~8 ns的准方波输入脉冲下,双路脉冲输出线的输出波形质量与单路传输线相当,其过冲振荡均小于20%、平顶振荡均小于1%,且能满足绝缘要求。

摘要：应用电磁场分析中的一种新方法———半解析法,对一种典型的非平衡磁控溅射系统进行了磁场分析.结果表明,应用半解析法计算,求解变量少、方法简单,而且计算精度高,该方法相对于等效源法有严密的理论依据,标量位函数的表达式为级数解析式,有利于场强的计算,更有利于优化设计.

摘要：采用一种新的半解析法,对电子光学中3种不同形状电极产生的四极场进行分析计算。半解析法中极点的确定方法简单有效,可以结合电极的形状填充等效源,并且极点位置确定极为精确。在四极场的计算中,该方法具有表达式简单,求解变量少,而且计算精度和效率高的优点。对凸圆柱电极、内凹圆柱电极以及平板电极产生的四极场进行了求解,并将计算结果进行了比较,应用半解析法在计算凸圆柱电极产生的四极场具有更为明显的优势,精度可达0.001%。由于半解析法可得出标量电位函数的解析级数表达式,因此,场强的计算更加简便,同时也更容易保证场强的计算精度,这也有利于四极场的设计和优化。

摘要：为准确有效地预测微波器件的微放电阈值,提出了一种可以同时考虑同轴结构微放电过程中单边与双边碰撞的统计理论稳态模型.考虑到同轴结构中场分布的非均匀性以及二次电子的出射随机性,采用微扰法近似推导电子轨迹表达式,并基于电子出射速度与渡越时间之间的隐式关联性,构建用于计算同轴结构内、外导体处电子渡越时间概率分布的联合概率密度函数.通过电子出射相位分布的稳态假设,推导用于描述同轴结构中微放电倍增过程的稳态积分方程组,并提出一种通用的联立迭代求解方法.采用稳态模型分别计算银、铜、铝与阿洛丁等工程常用镀膜材料的同轴传输线微放电敏感区域,并分析了同轴传输线径比对微放电阈值的影响.与欧空局的微放电实验结果对比表明,稳态模型能够准确有效地计算同轴传输线的微放电阈值,同时发现平行平板与同轴结构微放电的敏感曲线之间存在显著差异.研究提供了一种精确有效的同轴传输线微放电阈值分析方法,并为实际工程中"免微放电"微波器件的设计与优化提供参考与依据.

摘要：为解决正交场返波管太赫兹源慢波结构的设计问题,研究了开放式单排矩形梳齿慢波结构的色散及耦合阻抗特性并给出了设计思路及结果.利用单模近似法和数值计算得到了各几何参数对慢波结构性能的影响.结果表明：慢波周期长度可相对独立地优化耦合阻抗;设计慢波结构时可根据工作频率、加工工艺和电子枪性能确定其余三个几何参数,主要是对慢波周期长度进行调节.进一步的数值计算给出了梳齿间距在0.0l0～0.025 mm范围内、工作频率在300～420 GHz范围内的开放式矩形梳齿慢波结构的具体尺寸.利用粒子模拟软件对一个设计结果进行了仿真,得到的工作频率验证了冷腔分析的结果.

摘要：根据光波导短程透镜母线曲率半径与光传输损耗的关系,利用数值计算的方法,通过计算不同母线参数条件下,四种解析解设计的短程透镜母线曲率半径,研究比较了短程透镜卷边对其损耗的影响,得出了短程透镜损耗与其有效区半径关系的曲线图,发现透镜凹面半径一定时,有效区半径越小,即卷边越大时,光传输损耗越小;短程透镜的解析改进解和最优解设计的透镜卷边存在曲率奇点。并由此得出了四种解析解设计的短程透镜有效区半径选取原则及其满足低损耗条件的取值范围。