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噪声与单频声波非线性互作用规律

哈尔滨工程大学学报 2017年第9期38卷 1345-1350页

作者：杨德森刘庆时洁张昊阳时胜国胡诗涌哈尔滨工程大学水声技术实验室黑龙江哈尔滨150001

针对随机噪声和单频波在非线性介质中的互作用现象,本文研究其传播过程中不同频率的能量演化规律,讨论随机噪声场在加入强单频波后对其功率谱的影响规律。从Rudenko推导的噪声和单频波的非线性互作用方程出发,理论研究其中能量在不同距... 详细信息

针对随机噪声和单频波在非线性介质中的互作用现象,本文研究其传播过程中不同频率的能量演化规律,讨论随机噪声场在加入强单频波后对其功率谱的影响规律。从Rudenko推导的噪声和单频波的非线性互作用方程出发,理论研究其中能量在不同距离的功率谱变化,并利用有限差分方法,数值求解噪声与单频波非线性互作用过程中不同距离的功率谱。给出了不同情况下强单频波对随机噪声能量在频域范围的重新分配规律,结果表明:对于高频波频率比噪声频率高的情况,噪声的能量被调制到高频及其谐波两侧;高频波频率在噪声频带内会使原噪声在频域展宽;有限振幅噪声能量的转换效率在加入高频波情况下将会提高。

关键词：非线性声学噪声能量转移非线性互作用声调制有限差分伯格斯方程

声波非线性互作用声场时空演变规律理论与试验研究

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声波非线性互作用声场时空演变规律理论与试验研究

作者：朱志豪哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

非线性现象是一种在自然界普遍存在的现象,任何一个自然界的物理系统都是非线性系统。随着科学技术的不断发展,传统的线性假设无法满足对物理系统模型的精确描述,非线性因素变得越来越重要。非线性声学是非线性科学其中一个分支,当声波... 详细信息

非线性现象是一种在自然界普遍存在的现象,任何一个自然界的物理系统都是非线性系统。随着科学技术的不断发展,传统的线性假设无法满足对物理系统模型的精确描述,非线性因素变得越来越重要。非线性声学是非线性科学其中一个分支,当声波的振幅足够大或者介质非线性产生作用时,非线性项不能忽略,声波也不满足叠加原理。声波非线性互作用会产生和频波、差频波以及高次谐波;由于高次谐波在水介质中传播时,衰减系数较大,所以主要研究对象是声场中的和频波与差频波。本文利用Westervelt方程描述两列声波非线性相互作用过程,通过逐次近似法推导得到两列平面波非线性互作用、平面波与球面波非线性互作用声场中的和差频波时空演变规律。当两列波共线传播时,形成的和差频声场声压级在轴向方向具有累加性,轴向相位变化满足行波相位变化规律。当平面波与球面波非共线传播时,声压级随着随着波矢量夹角的增大而振荡空间周期变多且满足球面波衰减规律,满足球面波衰减规律的起始点与波矢量夹角有关;在误差允许范围内,湖上试验结果与仿真结果基本吻合。利用两列声波非线性互作用声场的时空演变规律可以去设计相应的水听器接收基阵,用阵增益弥补参量接收阵转化效率不高的缺点。对于共振三波非线性互作用过程主要对两列球面波对向传播和同向传播两种情况进行研究;推导了平面波与对向传播的两列球面波非线性相互作用的源函数,将利用Burgers方程得到描述三波过程的表达式转化为椭圆方程,通过求解椭圆方程的方法得到共振三波非线性互作用时的幅度参量解析解与共振相位。利用有限元方法对声波非线性相互作用形成声场数值仿真,对向传播的同频球面波与平面互作用声场中轴向和差波声压级在中心位置处声压级最低,轴线相位空间分布与其轴向声压级分布具有相似性。当两列球面波的声源级相同时,对向比同向产生的差频波声压级要低;相位传播规律在波矢量夹角角度较小时基本一致。利用三列声波非线性互作用声场的时空演变规律设计高频发射换能器发射的泵波幅度和相位实现对低频弱信号进行放大。在共线且最佳相位情况下,各个阵元低频信号增强的增加量在5～10d B左右,当低频波入射角变化时,最优相位发生改变;在一定误差允许范围内,可获得试验结果与仿真结果较为一致的低频声波放大效应。

关键词：非线性互作用共振三波时空演变规律有限元分析

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行波管非线性互作用理论中的能量守恒问题

电子与信息学报 1980年第3期 119-128页

作者：朱文淼

本文从动力学的一般原理出发推导了Rowe的行波管非线性理论中的能量守恒关系。通过分析证明Rowe理论中存在能量不守恒的问题,那是由于Rowe理论中所采用的感应电流的不合理性所造成。计算和分析都证明由于这种能量不守恒所带来的效率的... 详细信息

本文从动力学的一般原理出发推导了Rowe的行波管非线性理论中的能量守恒关系。通过分析证明Rowe理论中存在能量不守恒的问题,那是由于Rowe理论中所采用的感应电流的不合理性所造成。计算和分析都证明由于这种能量不守恒所带来的效率的相对误差最大可以和2C差不多,即在30％以上,所以是相当可观的。本文的分析不光对螺旋线行波管适用,并且对所有采用等效电路模型的微波器件如“O”型返波管,“M”型器件等也都适用。因这些器件的非线性互作用理论,原则上都存在同样的问题。

关键词：行波管动能栅控微波管非线性互作用电子注能量守恒

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回旋管中电子与波的非线性互作用过程研究

电子学报 1982年第6期 33-38页

作者：杨祥林许大信南京工学院电子工程系

本文采用实际的圆柱腔回旋管模型,由电子的相对论运动方程导出描述电子与波非线性相互作用的振动方程和慢变耦合方程组,并在均匀磁场与线性递增磁场两种工作条件下,对电子与波的互作用过程进行了数值模拟。画出了电子相轨迹图和相空间分... 详细信息

本文采用实际的圆柱腔回旋管模型,由电子的相对论运动方程导出描述电子与波非线性相互作用的振动方程和慢变耦合方程组,并在均匀磁场与线性递增磁场两种工作条件下,对电子与波的互作用过程进行了数值模拟。画出了电子相轨迹图和相空间分布,阐明了不同工作磁场下回旋管中电子与波的非线性相互作用过程和电子群聚特点。

关键词：非线性互作用相轨迹图回旋管相位群聚电子轻子高频场电子注圆柱腔

THz回旋自谐振脉塞多模束波互作用非线性模拟

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强激光与粒子束 2012年第2期24卷 407-411页

作者：柴斌张世昌西南交通大学信息科学与技术学院光电子学研究所成都610031

为了有效分析模式竞争,建立了回旋自谐振脉塞(CARM)多模束波互作用自洽非线性理论模型,并具体模拟研究了工作模式为TM51、频率为0.35THz的高阶横磁模CARM中大轨道相对论电子束与多电磁模式的互作用过程。模拟结果表明:与回旋管不同,THz... 详细信息

为了有效分析模式竞争,建立了回旋自谐振脉塞(CARM)多模束波互作用自洽非线性理论模型,并具体模拟研究了工作模式为TM51、频率为0.35THz的高阶横磁模CARM中大轨道相对论电子束与多电磁模式的互作用过程。模拟结果表明:与回旋管不同,THz频段CARM可以有效工作于高阶TM模式,且具有较高的输出功率和增益;通过对工作参数的优化,可使工作模式的功率增长具有绝对优势,而竞争模式得到有效抑制;高阶TM模式THz频段CARM的性能对工作参数的变化十分敏感,在参数设计过程中必须对其进行多模束波互作用模拟分析。

关键词：回旋自谐振脉塞多模相对论电子束非线性互作用太赫兹

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曲折波导行波管互作用研究

曲折波导行波管互作用研究

作者：肖小义电子科技大学

学位级别：硕士

行波管是真空电子器件中最常见又必不可少的成员之一,经常被应用于军事装备系统中。慢波结构是行波管最核心的部件,慢波结构性能的好坏直接决定了整个行波管的性能。曲折波导慢波结构是一种新型的慢波结构,与传统的螺旋线结构和耦合腔... 详细信息

行波管是真空电子器件中最常见又必不可少的成员之一,经常被应用于军事装备系统中。慢波结构是行波管最核心的部件,慢波结构性能的好坏直接决定了整个行波管的性能。曲折波导慢波结构是一种新型的慢波结构,与传统的螺旋线结构和耦合腔结构相比,既具有螺旋线慢波结构的宽频带特性,又有耦合腔结构功率容量大的特点。目前对曲折波导的非线性互作用研究主要是通过三维粒子模拟来实现的,但是该种方法计算较慢,设计周期长。本文旨在建立快速计算曲折波导慢波结构非线性互作用特性平台,简化设计步骤,缩短设计周期。本文以曲折波导互作用研究为课题,研究了等效线路模型,一维非线性互作用,二维非线性互作用等,主要研究内容分为以下三个部分。1.以曲折波导慢波结构为研究对象,详细介绍了曲折波导等效模型的划分及如何等效,并得到等效电路的元件值。通过等效线路模型,从传输线理论出发,利用级联转移矩阵的方法,分析了曲折波导慢波结构色散、耦合阻抗、损耗、以及R/Q的值。另外还将等效电路的分析结果和常用的电磁仿真软件HFSS计算结果进行了比较,从而验证等效电路的可靠性。2.从拉格朗日分析出发,得到电子学方程、线路场方程、空间电荷场方程的表达式,建立起了一维非线性互作用理论。在Matlab中采用龙格库塔方法联立求解几个方程,得到计算曲折波导非线性互作用的一维程序。该程序能粗略估算曲折波导慢波结构的非线性互作用特性。3.为了提高程序计算精度,将耦合腔级联模型应用于曲折波导,建立了二维非线性互作用理论,并基于该理论在Matlab平台下编写程序FWGTWT。并将二维程序FWGTWT的计算结果和一维程序的计算结果、实验测试结果相比较。通过比较可以得到,FWGTWT计算得到的结果比一维结果更接近实际情况,这是因为一维线性理论中采用了很多近似关系,并且没有考虑磁场的影响。二维结果和实验测试结果相比较,输出功率大体相同,但是增益偏高,这是由于输入输出波导、盒形窗等的损耗造成的。

关键词：曲折波导等效电路耦合腔级联非线性互作用行波管

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突变式复合腔回旋管互作用的研究

突变式复合腔回旋管互作用的研究

中国电子学会真空电子学分会第十一届学术年会

作者：万洪容李宏福杜品忠扬仕文王华军张宏斌黄勇龙华电子科技大学

利用具有突变结构的复合腔回旋管的自洽非线性理论,用场匹配理论对突变进行处理。对突变式复合腔中的注-波互作用进行了数值模拟,并且分析了多种因素对互作用的影响。

关键词：波导突变复合腔模式场匹配非线性互作用回旋管

来源： cnki会议评论

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三次谐波复合腔回旋管自洽非线性模拟

电子科技大学学报 1996年第S1期25卷 63-66页

作者：黄勇李宏福杜品忠成都电子科技大学高能电子所

建立了具有模式变换渐变段的复合腔回旋管的自洽非线性理论，编制了高次回旋谐波注一波互作用计算程序，对三次谐波注一波互作用进行了数值模拟，并且分析了多种因素对工作状态的影响。

关键词：复合腔非线性互作用高次回旋谐波模式耦合

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行波管设计方法的改进与优化

行波管设计方法的改进与优化

作者：吴文状中国科学院研究生院（电子学研究所）

学位级别：硕士

随着卫星事业的蓬勃发展，空间行波管具有广阔的发展和应用前景。由于特殊的工作环境，高效率对于空间行波管具有极其重要的意义。本文从提高空间行波管的效率出发，对电子枪和慢波线的设计以及影响注波互作用特性的几个因素进行了分析... 详细信息

随着卫星事业的蓬勃发展，空间行波管具有广阔的发展和应用前景。由于特殊的工作环境，高效率对于空间行波管具有极其重要的意义。本文从提高空间行波管的效率出发，对电子枪和慢波线的设计以及影响注波互作用特性的几个因素进行了分析，模拟计算结果在制管实验中进行了验证，主要工作如下： (1)介绍了电子枪的一种优化方法，首先利用综合迭代法初步确定用于高效率行波管的电子枪几何尺寸，然后考虑电子枪设计对导流系数、注腰半径、层流性等参数提出的要求，建立了评价电子注性能优劣的目标函数以量化设计结果，最后利用EGUN软件采用一定的优化方法对目标函数进行优化;应用该优化方法设计了一支电子枪，并讨论了磁聚焦系统与该电子枪的匹配。在制管实验中对电子枪和磁聚焦系统进行了验证，实验结果证明了该电子枪优化方法的有效性。 (2)分析了夹持杆对螺旋线慢波系统螺旋对称性的影响，利用HFSS软件提供的主一从边界条件，将慢波线计算模型由一个周期长度缩短为1／3周期长度，在同样的计算精度下，计算时间缩短为原来的三分之一;设计了工作于一定频带内的慢波系统，计算结果达到了设计要求;加工了该慢波系统，运用行波法和微扰法进行慢波线冷测实验，实验结果与计算结果做比较，验证了改进后计算方法的可行性。 (3)使用TWTCAD软件包中的Christine一维程序分析了几个因素对空间行波管互作用特性的影响;做了样管热测实验，根据实测数据对设计做出了相应的调整，最后各项指标达到了设计要求，同时也验证了TWTCAD软件包中Christine一维程序的有效性，尽管程序的计算结果跟实际值相比存在一定的误差，但趋势是正确的，说明模拟计算对制管具有一定的指导意义。

关键词：空间行波管电子光学系统目标函数优化螺旋线慢波系统冷测参数非线性互作用热测