正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、布喇格（Bragg）結(jié)構(gòu)是一類(lèi)具有電磁禁帶特性的周期結(jié)構(gòu)，即電磁波在這種結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，某些頻率范圍內(nèi)的電磁波由于受到相干布喇格散射的影響使傳播受到極大抑制。在微波電子學(xué)領(lǐng)域，布喇格結(jié)構(gòu)一般是由導(dǎo)體表面加工成正弦或者矩形波紋狀的金屬波導(dǎo)構(gòu)成，它的一個(gè)重要應(yīng)用是以反射器的形式為過(guò)模工作的高功率回旋自諧振脈塞（cyclotron auto—resonance maser，簡(jiǎn)稱(chēng)CARM）振蕩器組建布喇格諧振腔。 在早期的工作中，大量的理

2、論和實(shí)驗(yàn)研究都是針對(duì)圓柱或者平面布喇格結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中只能對(duì)一個(gè)導(dǎo)體或者介質(zhì)提供周期性的擾動(dòng)。最近，由于在提高高功率自由電子器件中表現(xiàn)出很多獨(dú)特的優(yōu)越性，基于同軸波導(dǎo)的布喇格結(jié)構(gòu)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。針對(duì)現(xiàn)有關(guān)于同軸布喇格結(jié)構(gòu)理論研究的不足，本論文對(duì)內(nèi)外導(dǎo)體單獨(dú)或者同時(shí)開(kāi)槽的正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)的特性，進(jìn)行了較為全面的研究。全文主要包括以下方面內(nèi)容： 在第一章緒論中，詳細(xì)介紹了布喇格結(jié)構(gòu)的研究背景，分析了目前所存在的主要問(wèn)題

3、，提出了本文的研究目標(biāo)和研究的內(nèi)容。 第二章推導(dǎo)了不同行波模式在正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)中相互作用的多波耦合理論模型，包括在考慮帶隙重疊以及布喇格失配項(xiàng)的基礎(chǔ)上的多波耦合方程組以及相應(yīng)耦合系數(shù)的具體表達(dá)式，并給出求解多波耦合方程組的數(shù)值方法。而后，對(duì)已有的國(guó)外實(shí)驗(yàn)報(bào)道的兩例同軸布喇格結(jié)構(gòu)，用多波耦合模型進(jìn)行了數(shù)值分析，用實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了多波耦合理論及其數(shù)值方法的正確性。通過(guò)對(duì)兩模耦合和多波耦合處理方式進(jìn)行的比較研究，發(fā)現(xiàn)了過(guò)模工

4、作的同軸布喇格結(jié)構(gòu)中存在的帶隙重疊現(xiàn)象，并以此肯定了多波耦合分析的重要性。 第三章研究了高階模同軸布喇格反射器的特性，并對(duì)其進(jìn)行了概念性設(shè)計(jì)。利用單模情況下的兩波耦合模型對(duì)同軸布喇格反射器和原有的圓柱布喇格反射器進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明，相比于圓柱布喇格反射器，所設(shè)計(jì)的同軸布喇格反射器不僅在大尺寸結(jié)構(gòu)下可以具有更大的本征值間距，而且還能通過(guò)一個(gè)開(kāi)槽的內(nèi)導(dǎo)體來(lái)對(duì)反射器的反射特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，提出內(nèi)外導(dǎo)體同時(shí)以恰當(dāng)參數(shù)開(kāi)槽來(lái)

5、抑制反射器中寄生雜模的產(chǎn)生，從而確保反射器在高階模、數(shù)百GHz下工作的可行性，并對(duì)此利用多波耦合分析進(jìn)行了驗(yàn)證。 第四章研究了以高階模工作于THz頻段的正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)在不同開(kāi)槽情況下帶隙分布特性，發(fā)現(xiàn)不論內(nèi)外導(dǎo)體是否單獨(dú)或者同時(shí)開(kāi)槽，過(guò)模工作的同軸布喇格結(jié)構(gòu)均可能發(fā)生帶隙的重疊；提出通過(guò)設(shè)置內(nèi)外導(dǎo)體波紋的相位差為π來(lái)對(duì)帶隙的重疊進(jìn)行有效地分離。進(jìn)一步研究了在波紋幅度引入漢明窗（Hamming—window）分布后同軸布喇