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等离子体波导小型化理论研究及其仿真

作　者: 蒋磊
导　师: 袁斌
学　校: 上海交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 等离子体波导空间电荷波分布式计算等离子微波/射频延迟线
分类号: TN136
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 159次
引　用: 2次
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内容摘要

现代通信和雷达技术的发展对微波器件的性能提出了越来越高的要求。结合等离子体技术的新型微波器件,其性能可以获得巨大改善。本文通过理论研究和数值仿真计算表明,磁化等离子体波导具有传统波导无法比拟的新特性。本文首先从等离子体的宏观性质入手,由流体动力学方程出发,推导了磁化等离子体的介电常数。然后研究了无界磁化等离子体中电磁波的传播特性,分别得到了平行磁场和垂直磁场传播的电磁波的色散关系。本文着重研究了磁化等离子体波导中,当电磁波频率小于等离子体频率,大于HF波段情况下的导行情况。数值计算和理论分析表明,在没有电子漂移的情况下,磁化等离子体波导中存在空间电荷波模式。这一模式的通带从零到等离子体频率,而且不依赖于结构尺寸。然而,波的相速依赖于等离子体频率和结构尺寸,并且非常慢的波可以存在于非常小尺寸的波导中。该发现为波导的小型化和新型等离子微波(含射频)延迟线奠定了理论基础。所有模式具有相同的通频带,只要激励了,就可同时在波导中传播。从麦克斯韦方程出发,严格推导了空间电荷波模式的色散关系,绘制了波导内的场型图。通过对磁化等离子体空间电荷波模式的理论研究与数值仿真,首次指出并理论证实了磁化等离子体可用于实现小型化微波/射频波导和延迟线。最后研制了一套基于作业调度的MAFIA分布式计算系统。该系统能够在机群计算系统上自动进行作业分配,并将结果汇总提取后返回

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
1. 绪论  11-16
  1.1 等离子体物理学研究的发展  11-12
  1.2 等离子体在工业中的应用  12-13
  1.3 微波等离子体器件的研究意义与价值  13-14
  1.4 等离子波导的研究现状  14
  1.5 本文的工作  14-16
2. 等离子体的宏观性质  16-33
  2.1 分布函数和刘维方程  16-19
  2.2 等离子体的宏观性质  19-20
    2.2.1 密度  19
    2.2.2 粒子通量和速度  19
    2.2.3 电流密度  19-20
    2.2.4 热通量  20
    2.2.5 压强张量  20
  2.3 等离子体宏观方程：流体方程  20-22
    2.3.1 连续性方程  20-21
    2.3.2 动量输运方程  21
    2.3.3 等离子体的双流体理论  21-22
  2.4 等离子体的介电常数  22-32
    2.4.1 无外场等离子体的介电常数  22-25
    2.4.2 无限大磁场下等离子体的介电常数  25-28
    2.4.3 磁化等离子体的介电常数  28-32
  2.5 小结  32-33
3. 无界区域等离子体中的电磁波  33-44
  3.1 有限磁场下等离子体中的电磁波  33-43
    3.1.1 色散方程  33-35
    3.1.2 磁化等离子体中平行磁场传播的波  35-40
    3.1.3 磁化等离子体中垂直磁场传播的波  40-43
  3.2 小结  43-44
4. 磁化等离子体波导的导行分析  44-66
  4.1 基本物理方程  44-52
    4.1.1 定解问题  44-46
    4.1.2 波动方程  46-49
    4.1.3 特征方程  49
    4.1.4 横向场分量表达式的推导  49-52
  4.2 完全填充等离子体金属波导  52-62
    4.2.1 色散关系  52-53
    4.2.2 特征值讨论  53-56
    4.2.3 截止条件  56-57
    4.2.4 低于等离子体频率时的传播模式  57-58
    4.2.5 空间电荷波的近似解法  58-60
    4.2.6 Mafia 仿真结果  60-62
  4.3 空间电荷波模式  62-64
  4.4 小结  64-66
5. MAFIA 分布式计算系统  66-75
  5.1 整体架构  66-69
  5.2 中央控制主机  69-71
  5.3 终端客户机  71-72
  5.4 运算单元  72-73
  5.5 计算实例  73-74
  5.6 小节  74-75
6. 结论  75-78
  6.1 全文总结  75-76
  6.2 对未来工作的展望  76-78
    6.2.1 今后的工作  76-77
    6.2.2 展望  77-78
参考文献  78-83
攻读学位期间发表的学术论文目录  83

等离子体波导小型化理论研究及其仿真

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