中国工程物理研究院科学技术发展基金(2012B0402064)
- 作品数：9 被引量：34H指数：4
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- 相关机构：北京应用物理与计算数学研究所更多>>
- 发文基金：中国工程物理研究院科学技术发展基金国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：理学电子电信更多>>
- 释气对介质沿面闪络击穿影响的粒子模拟被引量：11
- 2014年
- 为研究释气下的高功率微波介质沿面闪络击穿物理机制,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、次级电子发射、蒙特卡罗碰撞模型以及碰撞退吸附气体分子模型;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别研究了弱退吸附、强退吸附以及释气分子运动速率对沿面闪络击穿的影响.研究结果表明:介质沿面闪络击穿本质是沉积功率的持续增加.弱退吸附下,次级电子倍增占优,随着退吸附系数的增加,碰撞电离效应对次级电子倍增有促进作用,主要表现为介质窗表面静电场、表面碰撞电子平均能量以及表面碰撞电子数目的增加,此处的表面碰撞电子主要是次级电子倍增形成的;释气分子运动速率高导致介质面附近气压下降,不利于次级电子与气体分子间碰撞电离过程形成.强退吸附下,气体碰撞电离效应占优,随着退吸附系数的增加,离子数增加速度表现为电离频率增加的指数增长形式,碰撞电离效应对次级电子倍增有抑制作用,主要表现为介质窗表面静电场为负、表面碰撞电子平均能量的降低,但是表面碰撞电子数目却得以增加,此处的表面碰撞电子主要是贴近介质面的气体碰撞电离形成的;释气分子运动速率高导致气体厚度增加,扩大了气体碰撞电离作用区域,有利于气体碰撞电离.
- 董烨董志伟周前红杨温渊周海京
- 关键词：高功率微波
- 介质窗横向电磁场分布下的次级电子倍增效应被引量：6
- 2013年
- 本文利用自编P3D3V PIC程序,数值研究了BJ32矩波导传输TE10模式高功率微波在介质窗内、外表面引发的次级电子倍增过程,给出了次级电子3维空间位置分布特征、介质窗表面法向静电场分布规律以及电子数密度分布特性.模拟结果表明:对于介质窗内侧,微波强场区域率先进入次级电子倍增过程;而对于介质窗外侧,则是微波弱场区域优先进入次级电子倍增过程.形成机理可以解释为:微波坡印廷矢量方向与介质窗外表面法向相同而与内表面法向相反,内侧漂移运动导致强场区域电子易于被推回表面,有利于次级电子倍增优先形成;外侧漂移运动导致强场区域电子易于被推离表面,不利于次级电子倍增形成.准3维模型相对1维模型:介质窗内侧次级电子倍增过程中,次级电子倍增进入饱和时间长、饱和次级电子数目少、平均电子能量高、入射微波功率低、沉积功率低;介质窗外侧次级电子倍增过程中,次级电子倍增进入饱和时间短、饱和次级电子数目少、平均电子能量低、入射微波功率低、沉积功率低.沉积功率与入射微波功率比值与微波模式、强度及介质窗内外侧表面关系不大,准3维和1维模型计算结果均在1%—2%左右水平.
- 董烨董志伟杨温渊周前红周海京
- 关键词：高功率微波
- 弱电离大气等离子体电子能量分布函数的理论研究被引量：5
- 2013年
- 使用球谐展开的方法求解玻尔兹曼方程,得到了弱电离大气等离子体(79%氮气和21%的氧气)的电子能量分布函数(EEDF).发现当约化电场较小时(E/N<100Td),EEDF在2—3eV急剧下降,在此情况下,高能尾部比麦氏分布要小;当约化电场增加,E/N>400Td,分布函数趋近于麦氏分布;当约化电场进一步增加,E/N>2000Td,EEDF的高能尾部(超过200eV)相对于麦氏分布增加.在高频场作用下,EEDF更倾向于麦氏分布.当ω﹤﹤vm时,有效电子温度只依赖于E/ω,而与碰撞频率无关;当ω>>vm时,有效电子温度只依赖于E/N,与微波频率无关.与一些单原子分子等离子体中电子-电子碰撞在电离度大于106时就会影响EEDF不同,空气等离子体中,只有当电离度大于0.1%时,电子-电子碰撞才会对EEDF有明显影响.
- 周前红董志伟
- 关键词：玻尔兹曼方程
- 太赫兹波段折叠波导行波管的线性分析和计算被引量：4
- 2014年
- 给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明:适当选取工作点和结构参数,可以获得最佳增益值;考虑损耗后,除了前向增长的辐射场外,还会出现反向传输的静态波;随着工作频段向高频方向延伸,前向波的增益显著降低,而反向波强度则增大。因此,工作频率提高时,为了达到一定大小的增益,需要的折叠波导的周期数也相应增加。
- 杨温渊董志伟董烨周海京
- 关键词：折叠波导行波管太赫兹小信号增益
- 沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法被引量：3
- 2014年
- 介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法.对粒子模拟方法 (包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法 (包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介.基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型.研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式.不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定.同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小.在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.
- 董烨董志伟周前红杨温渊周海京
- 关键词：流体模型
- 螺旋波导压缩频率调制脉冲的初步研究被引量：1
- 2014年
- 利用螺旋波导对频率调制脉冲进行压缩可大幅度提高脉冲峰值功率.利用所编Matlab程序对螺旋波导的色散特性进行了计算和分析,获得了波纹幅度和纵向周期长度等结构参数对其色散特性的影响规律;给出了脉冲功率压缩比的计算公式,对不同脉宽和频带宽度、不同频率调制形式的微波脉冲通过螺旋波导后的功率压缩比进行了计算和分析.计算表明：脉冲的频率调制形式对功率压缩比影响较大;相同频率调制形式下,脉冲长度越长,工作频带越宽,功率压缩比越高.为了获得尽可能高的功率压缩比,需对脉冲的频率变化方式进行调节,使其与螺旋波导色散特性匹配.同时还需要在高的功率压缩比和高的压缩效率之间做出权衡.计算得到,当注入脉冲的脉宽为40 ns、工作频带为8.8～9.5 GHz、频率调制形式与螺旋波导色散特性匹配时,功率压缩比达到了15,压缩效率约为40％.
- 杨温渊周海京董志伟董烨
- 关键词：脉冲压缩螺旋波导高功率微波
- 微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系被引量：1
- 2014年
- 给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明:由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。
- 董志伟周前红孙会芳张芳姜幼明陈雅深
- 关键词：微波大气击穿电子温度电子密度大气等离子体
- 垂直相交高功率微波大气击穿的理论研究被引量：1
- 2013年
- 将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对垂直相交高功率微波电离大气产生等离子体的过程进行了模拟研究.对于相干(同频)垂直相交高功率微波束,只有当初始自由电子出现在(或到达)强场(干涉加强)处,自由电子才会被加速并与本底气体发生碰撞电离,在放电的开始阶段,等离子体区域主要沿着强场区运动,并逐渐形成一个由分立的丝状等离子体组成的带状区域.这个带状等离子体区域足够长以后,由于其对电磁波的吸收和反射,其将等离子体两侧的两束微波分割开.随着时间的推移,在等离子体附近的强场区,不断出现新的等离子体带.比较发现,当其他条件相同时,相干微波束产生的等离子体区域比非相干微波束大.
- 周前红董志伟
- 关键词：大气击穿
- 弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究被引量：3
- 2013年
- 在前期计算电子能量分布函数的基础上,求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失.由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少,同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在,因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%).研究发现,弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同.随着有效电子温度(或约化场强)增加,占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子.在约化场强E/N=1350 Td(或有效电子温度为14 eV)附近,平均电离一个电子所需的能量最小,约为57 eV.因此可以根据不同的需求调节电场强度,从而达到较高的能量利用率.
- 周前红董志伟
