基本信息
- 项目名称：
- 三维电磁仿真模拟软件CST应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 论文将同轴布喇格反射器的FORTRAN理论编程模拟与CST商业软件进行了数值比较研究。 介绍了CST软件、FORTRAN语言的发展。其次比较了中心频率在不同赫兹时，FORTRAN理论编程模拟结果与CST软件在相位差不同时的吻合度。 最后得出，在中心频率较低时，相位差为π时，两者的最吻合。随频率的增加，两者间吻合度误差也越来越大，当频率大于100 GHz以后，CST软件可能就无法再运用。
- 详细介绍：
- 在Computer Simulation Technology (CST)软件和FORTRAN软件编程实现的平台上，对不同频率同轴布喇格结构的频率响应特性进行了数值模拟比较研究。结果表明：当频率比较低时，FORTRAN理论模拟与CST三维电磁仿真软件仿真的结果吻合最好，随着频率的增加，两者吻合的误差会越来越大，而且波形还会失真，当频率大于100GHz时，由于一般电脑的性能有限，CST三维电磁仿真软件模拟的结果将不能实现。这些结论有利于同轴布喇格结构进行模拟研究时软件的选择。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 由于目前对于微波研究的仿真软件种类很多，而我们一般用CST三维仿真软件较多，因此我们想研究一下CST三维仿真软件与Fortran理论编程模拟结果的吻合度，以及在什么情况下，吻合度最好。
科学性、先进性及独特之处
- 由于大家在使用CST三维仿真软件时不了解其模拟结果和理论的差距，为此我们比较研究出CST三维仿真软件在什么情况下与Fortran理论模拟结果的吻合度最好以及CST软件的使用频率范围。
应用价值和现实意义
- 在Fortran软件编程和CST软件平台上，对不同频率的同轴布喇格结构的频率响应特性进行了数值模拟比较研究，这对同轴布喇格结构进行模拟研究时软件的选择提供了理论依据。
学术论文摘要
- 高功率毫米亚毫米波源，在雷达、等离子体加热、高能加速器、通信等方面，有着重要的应用前景，一直以来受到各国的重视，而高功率毫米波器件是高功率波技术的一个重要方向，布喇格反射器是其中的一个重要分支，是目前国内外研究的重点。 本篇论文将同轴布喇格反射器的FORTRAN理论编程模拟与CST三维电磁仿真商业软件进行了数值比较研究。 首先介绍了CST三维电磁仿真软件的历史发展以及FORTRAN语言的发展。 其次比较了中心频率分别为15GHz、35GHz、100GHz时，FORTRAN理论编程模拟结果与CST三维仿真软件在相位差分别为0、π/2、π时的吻合度。 最后得出结论，在中心频率较低时，相位差为 时，两者的吻合度最好。当随着频率的增加，两者之间吻合度误差也越来越大，当频率大于100 GHz以后，CST软件可能就无法再运用。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]Computer Simulation Technology (CST), “User’s Manual 5, in CST-Microwave Studio”, 2003 [2]陈晓辉，同轴布喇格反射器的模拟研究，西南交通大学硕士学位论文， [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.
同类课题研究水平概述
- 近几十年，高功率微波源的研究主要还是向小型化灵巧化，频率可调的可重复运行的高功率微波源发展。除此外，研制紧凑型长脉冲高功率微波源是各国科学家的另一目标。目前，开展HPM研究的国家有美国、俄罗斯、德国、中国等。俄罗斯科学家发现，把谐振结构应用于返波管，不但能得到较大功率的微波输出，而且在外加磁场较低时仍可以得到较高输出功率。Bell实验室的A P King等人在传输线理论的基础上提出了谐振结构的优点，其结构简单，输出带宽较窄，若从其自身特点出发，谐振结构仍不失为一种性能良好的结构。由于谐振结构的谐振频率同模式密切相关，因而谐振结构还可以起到模式选择的作用。谐振结构可以是阶跃式结构，也可以是周期波纹的布喇格结构，还可以是两段式布喇格谐振腔结构和渐变结构。而布喇格谐振腔结构的试验结果表明存在多种模式的波导时，能提供较好的频率选择性，使激光能进行频谱压缩。Maryland大学进一步提出将布喇格腔用于EM-FEL中。布喇格谐振腔能在一定范围内提供单模反馈特性，只要这一模式的正、反向行波之间满足布喇格条件，同时可以让电子束无阻碍地通过谐振腔，从而避免了通常激光器采用的端面反射镜会阻断电子束以及受大功率破坏等一系列问题，而且可以抑制边带不稳定性，从而提高效率。 在微波电子学领域，1968年，Kovalev等人就提出螺旋型波纹来实现多模工作情况下的选择性模式转换。这类螺旋波纹波导实际上就是一种二维布喇格结构。1980年，又提议利用这种金属布喇格结构来构建工作于毫米、亚毫米波段开放式谐振腔。金属布喇格结构在CARM振荡器、自由电子激光振荡器及高功率微波模式转换器中得到广泛应用。布喇格结构不仅可以提供很好的选频、选模特性，而且不影响相对论电子束通过，从而避免了通常激光器采用端面反射镜阻断电子束及承受大功率破坏等问题。 关于布喇格结构的许多理论及实验研究都针对只有纵向周期性的一维布喇格结构以及单向旋转的螺旋波纹形成的二维布喇格结构。在上世纪九十年代初，Ginzburg 等人提出了由两个方向旋转的螺旋波纹叠加形成的新型二维布喇格结构，其中存在四个方向电磁波分量的耦合：除传统的螺旋波纹布喇格结构一样存在着正反两个传播方向的纵向分量，还存在两个沿横向传播的电磁波分量。由于这两个横向传播的电磁波分量能够与电子束在不同的方向上获得同步，它们的存在给这种新型的布喇格结构提供了额外的选模特性。
