二維光子晶體微波加速結(jié)構(gòu)的研制.pdf

1、本文的研究?jī)?nèi)容是X波段金屬光子晶體(PBG結(jié)構(gòu))行波加速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究。 PBG結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是其擁有光子帶隙，它可以禁止頻率在光子帶隙范圍內(nèi)的電磁波在PBG結(jié)構(gòu)中傳播。其中，二維金屬PBG結(jié)構(gòu)因?yàn)槠淇梢杂脕?lái)阻尼加速結(jié)構(gòu)中的尾場(chǎng)被引入到加速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。尾場(chǎng)是影響束流傳輸甚至破壞束流的有害模式，有效抑制尾場(chǎng)非常重要。 本文根據(jù)三角陣列金屬PBG結(jié)構(gòu)的全域光子帶隙圖分析了這種結(jié)構(gòu)約束主模、抑制偶極模的條件。在此基礎(chǔ)

2、上設(shè)計(jì)和制作了X波段PBG諧振單腔，探索并改進(jìn)了金屬PBG結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工方法，諧振腔的Q值從之前的800提高到3800，這為多腔行波加速結(jié)構(gòu)的制作提供了條件。 為有效阻尼PBG加速結(jié)構(gòu)中高次模，提出開(kāi)放PBG結(jié)構(gòu)側(cè)壁并把最外層的部分金屬棒替換為SiC棒吸收材料。理論計(jì)算表明，這種方式可以有效引出和吸收TM11偶極模，而對(duì)TM01加速模影響較小。 完成了X波段金屬PBG行波加速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括加速單元和耦合單元兩部分。考慮

3、到短程尾場(chǎng)效應(yīng)的影響，加速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)群速度為較普通加速波導(dǎo)群速度高的0.04C。由于PBG結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其耦合器設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)盤(pán)荷波導(dǎo)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，傳統(tǒng)盤(pán)荷波導(dǎo)耦合器的設(shè)計(jì)方法在對(duì)PBG結(jié)構(gòu)不再適用。本文采用基于“三頻率”法的耦合器定量設(shè)計(jì)方法，通過(guò)優(yōu)化直波導(dǎo)和耦合腔中心之間的部分金屬棒的位置來(lái)進(jìn)行耦合器調(diào)配，用CST Microwave Studio完成了PBG結(jié)構(gòu)耦合器的數(shù)值模擬設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)首次獲得了帶有耦合器的金屬PBG行波加速結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)