基本信息
- 項目名稱：
- 三維電磁仿真模擬軟件CST應用研究
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 論文將同軸布喇格反射器的FORTRAN理論編程模擬與CST商業(yè)軟件進行了數(shù)值比較研究。 介紹了CST軟件、FORTRAN語言的發(fā)展。其次比較了中心頻率在不同赫茲時，F(xiàn)ORTRAN理論編程模擬結果與CST軟件在相位差不同時的吻合度。 最后得出，在中心頻率較低時，相位差為π時，兩者的最吻合。隨頻率的增加，兩者間吻合度誤差也越來越大，當頻率大于100 GHz以后，CST軟件可能就無法再運用。
- 詳細介紹：
- 在Computer Simulation Technology (CST)軟件和FORTRAN軟件編程實現(xiàn)的平臺上，對不同頻率同軸布喇格結構的頻率響應特性進行了數(shù)值模擬比較研究。結果表明：當頻率比較低時，F(xiàn)ORTRAN理論模擬與CST三維電磁仿真軟件仿真的結果吻合最好，隨著頻率的增加，兩者吻合的誤差會越來越大，而且波形還會失真，當頻率大于100GHz時，由于一般電腦的性能有限，CST三維電磁仿真軟件模擬的結果將不能實現(xiàn)。這些結論有利于同軸布喇格結構進行模擬研究時軟件的選擇。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 由于目前對于微波研究的仿真軟件種類很多，而我們一般用CST三維仿真軟件較多，因此我們想研究一下CST三維仿真軟件與Fortran理論編程模擬結果的吻合度，以及在什么情況下，吻合度最好。
科學性、先進性及獨特之處
- 由于大家在使用CST三維仿真軟件時不了解其模擬結果和理論的差距，為此我們比較研究出CST三維仿真軟件在什么情況下與Fortran理論模擬結果的吻合度最好以及CST軟件的使用頻率范圍。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 在Fortran軟件編程和CST軟件平臺上，對不同頻率的同軸布喇格結構的頻率響應特性進行了數(shù)值模擬比較研究，這對同軸布喇格結構進行模擬研究時軟件的選擇提供了理論依據(jù)。
學術論文摘要
- 高功率毫米亞毫米波源，在雷達、等離子體加熱、高能加速器、通信等方面，有著重要的應用前景，一直以來受到各國的重視，而高功率毫米波器件是高功率波技術的一個重要方向，布喇格反射器是其中的一個重要分支，是目前國內(nèi)外研究的重點。 本篇論文將同軸布喇格反射器的FORTRAN理論編程模擬與CST三維電磁仿真商業(yè)軟件進行了數(shù)值比較研究。 首先介紹了CST三維電磁仿真軟件的歷史發(fā)展以及FORTRAN語言的發(fā)展。 其次比較了中心頻率分別為15GHz、35GHz、100GHz時，F(xiàn)ORTRAN理論編程模擬結果與CST三維仿真軟件在相位差分別為0、π/2、π時的吻合度。 最后得出結論，在中心頻率較低時，相位差為 時，兩者的吻合度最好。當隨著頻率的增加，兩者之間吻合度誤差也越來越大，當頻率大于100 GHz以后，CST軟件可能就無法再運用。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1]Computer Simulation Technology (CST), “User’s Manual 5, in CST-Microwave Studio”, 2003 [2]陳曉輝，同軸布喇格反射器的模擬研究，西南交通大學碩士學位論文， [3]C. K. Chong et al., “Bragg reflectors,” IEEE Trans. On Plasma Sci., vol. 20, pp.393-402, Jun. 1992. [4]I. V. Konoplev, P. McGran, A. D. R. Phelps, A. W. Cross, and K. Ronald, “Observation of photonic band-gap control in one-dimensional Bragg structures” , Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 121104 [5]H. Kogelnik, and C. V. Shank, “Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback Laser” , J. Appl. Phys. 1972, 43, 2327-2335 [6]C. K. Chong et al., “Bragg reflectors” , IEEE Trans. On Plasma Sci., 1992, 20, 393-402 [7]S. Alberti et al., “Experimental Study of 28 GHz High-Power Long-Pluse Cyclotron Autoresonance Maser Oscillator” ,Phys. Rev. Lett. 1993,71, 2018-2021 [8]Y. X. Lai et al., “Multi-mode Coupling in a Coaxial Bragg Reflector”, Sciencepaper Online, June 26,2007.
同類課題研究水平概述
- 近幾十年，高功率微波源的研究主要還是向小型化靈巧化，頻率可調的可重復運行的高功率微波源發(fā)展。除此外，研制緊湊型長脈沖高功率微波源是各國科學家的另一目標。目前，開展HPM研究的國家有美國、俄羅斯、德國、中國等。俄羅斯科學家發(fā)現(xiàn)，把諧振結構應用于返波管，不但能得到較大功率的微波輸出，而且在外加磁場較低時仍可以得到較高輸出功率。Bell實驗室的A P King等人在傳輸線理論的基礎上提出了諧振結構的優(yōu)點，其結構簡單，輸出帶寬較窄，若從其自身特點出發(fā)，諧振結構仍不失為一種性能良好的結構。由于諧振結構的諧振頻率同模式密切相關，因而諧振結構還可以起到模式選擇的作用。諧振結構可以是階躍式結構，也可以是周期波紋的布喇格結構，還可以是兩段式布喇格諧振腔結構和漸變結構。而布喇格諧振腔結構的試驗結果表明存在多種模式的波導時，能提供較好的頻率選擇性，使激光能進行頻譜壓縮。Maryland大學進一步提出將布喇格腔用于EM-FEL中。布喇格諧振腔能在一定范圍內(nèi)提供單模反饋特性，只要這一模式的正、反向行波之間滿足布喇格條件，同時可以讓電子束無阻礙地通過諧振腔，從而避免了通常激光器采用的端面反射鏡會阻斷電子束以及受大功率破壞等一系列問題，而且可以抑制邊帶不穩(wěn)定性，從而提高效率。 在微波電子學領域，1968年，Kovalev等人就提出螺旋型波紋來實現(xiàn)多模工作情況下的選擇性模式轉換。這類螺旋波紋波導實際上就是一種二維布喇格結構。1980年，又提議利用這種金屬布喇格結構來構建工作于毫米、亞毫米波段開放式諧振腔。金屬布喇格結構在CARM振蕩器、自由電子激光振蕩器及高功率微波模式轉換器中得到廣泛應用。布喇格結構不僅可以提供很好的選頻、選模特性，而且不影響相對論電子束通過，從而避免了通常激光器采用端面反射鏡阻斷電子束及承受大功率破壞等問題。 關于布喇格結構的許多理論及實驗研究都針對只有縱向周期性的一維布喇格結構以及單向旋轉的螺旋波紋形成的二維布喇格結構。在上世紀九十年代初，Ginzburg 等人提出了由兩個方向旋轉的螺旋波紋疊加形成的新型二維布喇格結構，其中存在四個方向電磁波分量的耦合：除傳統(tǒng)的螺旋波紋布喇格結構一樣存在著正反兩個傳播方向的縱向分量，還存在兩個沿橫向傳播的電磁波分量。由于這兩個橫向傳播的電磁波分量能夠與電子束在不同的方向上獲得同步，它們的存在給這種新型的布喇格結構提供了額外的選模特性。
