正弦波紋同軸布喇格諧振腔研究.pdf

1、布喇格(Bragg)結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)良模式選擇性能和頻率選擇性能，使得由布喇格結(jié)構(gòu)所組成的布喇格諧振腔成為在過模工作的高功率回旋自諧振脈塞(cyclotronauto-resonance maser，簡稱CARM)振蕩器中普遍采用的開放式諧振腔。在早期的工作中，大量的理論和實驗研究都是針對圓柱布喇格諧振腔，并且所進行的分析也大多基于單模，對腔體性能研究缺少系統(tǒng)的多模耦合分析。此外，由于同軸結(jié)構(gòu)在高功率自由電子器件中表現(xiàn)出很多獨特的優(yōu)越性，

2、所以同軸布喇格反射器吸引了越來越多的關(guān)注，但對具有高頻率高功率場合工作潛力的同軸布喇格諧振腔的研究仍然匱乏。針對現(xiàn)有關(guān)于布喇格諧振腔理論研究的不足，本論文基于模式匹配理論的散射矩陣法，建立了布喇格諧振腔的數(shù)學(xué)物理模型，對圓柱和同軸布喇格諧振腔、單模性能和多模耦合性能、橫電(TE)工作模式性能和橫磁(TM)工作模式性能，進行了較為全面的研究。本文主要包括以下方面內(nèi)容：
　　 第一章緒論，詳細介紹了布喇格諧振腔的研究背景，分析了目前

3、所存在的主要問題，提出了本文的研究目標和研究內(nèi)容。
　　 第二章建立了同軸布喇格結(jié)構(gòu)基于模式匹配理論的散射矩陣法的數(shù)學(xué)物理模型。將基于模式匹配理論的散射矩陣法引入到同軸布喇格結(jié)構(gòu)，給出了不同模式之間的耦合系數(shù)、剖面階梯處散射矩陣和散射矩陣級聯(lián)的計算公式。研究了散射矩陣不同級聯(lián)方式在布喇格諧振腔中的應(yīng)用，詳細描述了在復(fù)頻率域二維掃描諧振頻率的算法，推導(dǎo)了求諧振頻率場分布的遞推公式。編制了數(shù)值模擬的計算程序，利用已報道文獻中的實驗數(shù)

4、據(jù)驗證了本文所建立的數(shù)學(xué)物理模型的有效性。
　　 第三章對圓柱與同軸布喇格諧振腔性能進行了詳細的單模和多模耦合比較研究，包括布喇格反射器的單模相移特性，并利用反射器初始相位與相移之間的關(guān)系，提出了一種對布喇格諧振腔進行快速設(shè)計的方法。用單模分析和多模耦合分析對比研究了布喇格諧振腔的性能，發(fā)現(xiàn)對布喇格諧振腔進行多模耦合分析的必要性，并提出了利用多模耦合分析優(yōu)化布喇格諧振腔的方法。通過對比研究圓柱布喇格諧振腔和同軸布喇格諧振腔的性能

5、，發(fā)現(xiàn)同軸布喇格諧振腔更具有優(yōu)越性，不僅結(jié)構(gòu)尺寸更合理，諧振頻率間隔更寬，而且寄生模式得到了更好抑制。
　　 第四章研究和設(shè)計、優(yōu)化了工作在太赫茲頻段高階橫電(TE)模式同軸布喇格諧振腔。對比研究了工作于太赫茲頻段高階模同軸布喇格反射器與圓柱布喇格反射器的結(jié)構(gòu)尺寸和性能，發(fā)現(xiàn)同軸布喇格反射器不僅在結(jié)構(gòu)上具有橫向尺寸大、縱向長度短，非常適合工作于太赫茲頻段高功率狀態(tài)的特點，而且在性能上也更優(yōu)。在此基礎(chǔ)上詳細設(shè)計了工作于0.35TH

6、z TE6.1模式CARM振蕩器的同軸布喇格諧振腔，對其進行單模分析和多模耦合分析對比，并利用多模耦合分析對腔體進行了優(yōu)化，最后得到了一個性能良好的工作于太赫茲頻段高階TE模式同軸布喇格諧振腔。
　　 第五章研究和設(shè)計、優(yōu)化了工作在太赫茲頻段高階橫磁(TM)模式同軸布喇格諧振腔。對太赫茲頻段高階TM模式同軸布喇格反射器進行了多模耦合分析和比較，發(fā)現(xiàn)在選擇高階TM工作模式時進行合理多模耦合分析的必要性。在選取了合適的高階TM工作模