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等离子体波导小型化理论研究及其仿真

蒋磊  
【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


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