微通道气体流动的格子波尔兹曼模拟

通过隐式格子波尔兹曼方程,并采用壁面平衡边界条件以及二阶关系,模拟了微通道气体流动中的非线性压力和壁面滑移速度,模拟结果与Arkilic的解析结果十分吻合,验证了格子波尔兹曼方法在滑移流区的有效性.     

太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm(50个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz(213~224 GHz).同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.     

多注太赫兹折叠波导行波管的设计与模拟

为解决太赫兹(THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管(TWT)。首先,获得了基模多注折叠波导色散特性;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128 GHz~153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W。该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。     

双注THz折叠波导行波管的设计与传输特性实验

行波管具有高增益、宽带宽、高输出功率等优点,但频率提升到THz后,输出功率急剧降低,为此采用多注与功率合成的方式提高输出功率。对D波段折叠波导行波管进行的理论与数值分析表明:单束的3 d B带宽为13 GHz(0.134 THz~0.147 THz),0.14 THz处最大增益为20.88 d B;多束合成增益为20.6 d B,3 d B带宽内合成效率不低于92%。通过微铣削的办法加工完成了2路折叠波导,并对其传输特性进行测量,对比分析了测试与设计结果。并行多注行波管能够以单束小电流、低聚焦磁场方式工作,可有效提高THz行波管的输出功率。     

0.67 THz高分辨力成像雷达

为达到厘米甚至亚厘米级的成像分辨力,从电子学角度出发,设计并构建了0.67 THz线性调频连续波(FMCW)成像实验平台。平台通过将Ka波段带宽1.2 GHz、功率2 W的线性调频信号24倍频,获得0.66 THz~0.688 8 THz的发射信号,功率约为1.2 mW,接收端的回波经过谐波混频完成去斜(Dechirp)形成2.4 GHz中频信号,二次变频后经高速采样送入信号处理机箱完成成像。雷达发射信号带宽为28.8 GHz,经系统非线性校正处理后,成像分辨力达到1.3 cm,验证了太赫兹雷达的高分辨成像能力。     

电子注通道形貌对折叠波导慢波结构的影响

折叠波导结构是一种极具潜力的太赫兹行波管慢波电路.分析了电子注通道形貌对折叠波导高频特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗和衰减特性.仿真结果表明,相比于圆形电子注通道,矩形电子注通道的折叠波导结构色散要略微陡一些,损耗也要略微高一些.在中心频率处,矩形电子注通道结构的耦合阻抗比圆形电子注通道结构低0.5Ω左右.皮尔斯小信号理论表明,在中心频率处,矩形电子注通道结构和圆形电子注通道结构的增益速率分别为4.85 dB/cm和5.22 dB/cm,具有相似的3 dB带宽,约为6.3 GHz和7.2 GHz.粒子模拟表明,对于矩形和圆形电子注通道,54 mm(100个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz增益分别为24.42 dB和28.44 dB.     

微射流驱动弯曲测试法测量微结构的弹性模量

提出了一种新颖的用于测量微结构力学性能的弯曲测试法——微射流驱动的弯曲测试法(microjet-driving microbending test method,JDBT)。该方法利用气体微射流连续冲击微结构,使之发生弯曲变形,通过获取结构的尺寸参数和形变位移,并代入结构的变形公式,从而反解出材料的力学性能参量。利用动量定理推导了微射流作用力公式,对某型号石英摆片式加速度计的敏感结构进行了理论建模,并用COMSOL MULTIPHYSICS有限元软件对理论公式进行了修正,接着通过JDBT实验得到了不同流量下的结构位移,最后将结构尺寸和结构形变位移代入修正后的理论公式,从而得到了石英玻璃的弹性模量约为71GPa,比纳米压痕仪测试的结果要小14%左右,与文献中提到的结果吻合较好。     

基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法

介绍了一种基于3 dB 定向耦合器的0.14 THz 功率分配器设计方法。由于太赫兹频段的器件尺寸越来越小型化、微型化,特别是对于功率分配器中的核心结构,造成精密机械加工方式难以实现。典型的波导3 dB 定向耦合器结构是90电桥结构,其耦合缝隙之间的间距仅有不到0.5 mm,这样的尺寸是机加时产生的应力难以承受的。通过分析波导定向耦合器支路间的相位关系得出:如果耦合缝隙的间距增加到半波长的整数倍,支路间的相位差仍为90,但这样变化的结果是带宽的降低。通过耦合缝隙间距的适度增加,降低了机加的难度,工作相对带宽降到10%。经仿真分析,结果得到了验证。加工的样品测试结果表明,在0.133 ~0.147 THz 的频率范围内,插入损耗小于1 dB,回波损耗小于-20 dB。     

多巯基水性EP低温固化剂的制备及性能研究

首先制备了PUD-SH[多巯基封端的PU(聚氨酯)水分散体]和水性EP(环氧树脂),然后将两者按n(巯基)∶n(环氧基)=1∶1复合,并在不同温度时成膜,制得厚度约100μm的复合固化涂层。研究结果表明:PUD-SH和水性EP之间发生了环氧基开环反应,固化后复合涂层透明柔韧,其凝胶量接近100%,涂层的吸水率<17.50%,硬度>6H,耐甲乙酮擦拭次数>1 600次;固化时叔胺促进剂的存在可有效提高复合固化涂层的固化度,缩短其固化时间,但对其他性能影响甚微。     

单晶硅纳米压痕过程的有限元模拟与实验验证

采用商用有限元软件ABAQUS建立了单晶硅纳米压痕过程的2D轴对称模型,通过分析模拟得到载荷-位移曲线,讨论了压头尖端半径、压头与样品间的摩擦系数对压痕过程的影响规律。为了验证模拟结果的有效性,用美国Hysitron公司的Triboindenter纳米压痕仪进行了实验。由仿真结果可知,在固定压深的条件下,增大压头尖端半径,所需施加的载荷增加,弹性回复程度增加。而摩擦系数的改变对压痕过程影响不大,可以在模拟中忽略不计。对比仿真曲线和实验曲线,实验曲线在卸载段55nm处出现了一明显拐点,使得其弹性回复程度远大于模拟的结果。这是由于高压诱导的相变导致了单晶硅纳米压痕过程中出现了复杂的本构关系,而有限元软件中还没有如此复杂的本构关系模型。