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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 三維電磁仿真模擬軟件CST應(yīng)用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡(jiǎn)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(jìn)行了數(shù)值比較研究。 介紹了CST軟件、FORTRAN語(yǔ)言的發(fā)展。其次比較了中心頻率在不同赫茲時(shí)，F(xiàn)ORTRAN理論編程模擬結(jié)果與CST軟件在相位差不同時(shí)的吻合度。 最后得出，在中心頻率較低時(shí)，相位差為π時(shí)，兩者的最吻合。隨頻率的增加，兩者間吻合度誤差也越來(lái)越大，當(dāng)頻率大于100 GHz以后，CST軟件可能就無(wú)法再運(yùn)用。
- 詳細(xì)介紹：
- 在Computer Simulation Technology (CST)軟件和FORTRAN軟件編程實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)上，對(duì)不同頻率同軸布喇格結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬比較研究。結(jié)果表明：當(dāng)頻率比較低時(shí)，F(xiàn)ORTRAN理論模擬與CST三維電磁仿真軟件仿真的結(jié)果吻合最好，隨著頻率的增加，兩者吻合的誤差會(huì)越來(lái)越大，而且波形還會(huì)失真，當(dāng)頻率大于100GHz時(shí)，由于一般電腦的性能有限，CST三維電磁仿真軟件模擬的結(jié)果將不能實(shí)現(xiàn)。這些結(jié)論有利于同軸布喇格結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬研究時(shí)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(duì)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(jié)果的吻合度，以及在什么情況下，吻合度最好。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 由于大家在使用CST三維仿真軟件時(shí)不了解其模擬結(jié)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(jié)果的吻合度最好以及CST軟件的使用頻率范圍。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 在Fortran軟件編程和CST軟件平臺(tái)上，對(duì)不同頻率的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬比較研究，這對(duì)同軸布喇格結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬研究時(shí)軟件的選擇提供了理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 高功率毫米亞毫米波源，在雷達(dá)、等離子體加熱、高能加速器、通信等方面，有著重要的應(yīng)用前景，一直以來(lái)受到各國(guó)的重視，而高功率毫米波器件是高功率波技術(shù)的一個(gè)重要方向，布喇格反射器是其中的一個(gè)重要分支，是目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。 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(jìn)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(yǔ)言的發(fā)展。 其次比較了中心頻率分別為15GHz、35GHz、100GHz時(shí)，F(xiàn)ORTRAN理論編程模擬結(jié)果與CST三維仿真軟件在相位差分別為0、π/2、π時(shí)的吻合度。 最后得出結(jié)論，在中心頻率較低時(shí)，相位差為 時(shí)，兩者的吻合度最好。當(dāng)隨著頻率的增加，兩者之間吻合度誤差也越來(lái)越大，當(dāng)頻率大于100 GHz以后，CST軟件可能就無(wú)法再運(yùn)用。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [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(xué)碩士學(xué)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(diào)的可重復(fù)運(yùn)行的高功率微波源發(fā)展。除此外，研制緊湊型長(zhǎng)脈沖高功率微波源是各國(guó)科學(xué)家的另一目標(biāo)。目前，開(kāi)展HPM研究的國(guó)家有美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、中國(guó)等。俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，把諧振結(jié)構(gòu)應(yīng)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(chǎng)較低時(shí)仍可以得到較高輸出功率。Bell實(shí)驗(yàn)室的A P King等人在傳輸線理論的基礎(chǔ)上提出了諧振結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出帶寬較窄，若從其自身特點(diǎn)出發(fā)，諧振結(jié)構(gòu)仍不失為一種性能良好的結(jié)構(gòu)。由于諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率同模式密切相關(guān)，因而諧振結(jié)構(gòu)還可以起到模式選擇的作用。諧振結(jié)構(gòu)可以是階躍式結(jié)構(gòu)，也可以是周期波紋的布喇格結(jié)構(gòu)，還可以是兩段式布喇格諧振腔結(jié)構(gòu)和漸變結(jié)構(gòu)。而布喇格諧振腔結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果表明存在多種模式的波導(dǎo)時(shí)，能提供較好的頻率選擇性，使激光能進(jìn)行頻譜壓縮。Maryland大學(xué)進(jìn)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(shí)可以讓電子束無(wú)阻礙地通過(guò)諧振腔，從而避免了通常激光器采用的端面反射鏡會(huì)阻斷電子束以及受大功率破壞等一系列問(wèn)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(xué)領(lǐng)域，1968年，Kovalev等人就提出螺旋型波紋來(lái)實(shí)現(xiàn)多模工作情況下的選擇性模式轉(zhuǎn)換。這類螺旋波紋波導(dǎo)實(shí)際上就是一種二維布喇格結(jié)構(gòu)。1980年，又提議利用這種金屬布喇格結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建工作于毫米、亞毫米波段開(kāi)放式諧振腔。金屬布喇格結(jié)構(gòu)在CARM振蕩器、自由電子激光振蕩器及高功率微波模式轉(zhuǎn)換器中得到廣泛應(yīng)用。布喇格結(jié)構(gòu)不僅可以提供很好的選頻、選模特性，而且不影響相對(duì)論電子束通過(guò)，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(wèn)題。 關(guān)于布喇格結(jié)構(gòu)的許多理論及實(shí)驗(yàn)研究都針對(duì)只有縱向周期性的一維布喇格結(jié)構(gòu)以及單向旋轉(zhuǎn)的螺旋波紋形成的二維布喇格結(jié)構(gòu)。在上世紀(jì)九十年代初，Ginzburg 等人提出了由兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的螺旋波紋疊加形成的新型二維布喇格結(jié)構(gòu)，其中存在四個(gè)方向電磁波分量的耦合：除傳統(tǒng)的螺旋波紋布喇格結(jié)構(gòu)一樣存在著正反兩個(gè)傳播方向的縱向分量，還存在兩個(gè)沿橫向傳播的電磁波分量。由于這兩個(gè)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(jié)構(gòu)提供了額外的選模特性。
