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，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，它的一個重要應(yīng)用是以反射器的形式為過模工作的高功率回旋自諧振脈塞（cyclotron auto—resonance maser，簡稱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)研究都是針對圓柱或者平面布喇格結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中只能對一個導(dǎo)體或者介質(zhì)提供周期性的擾動。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)吸引了越來越多的關(guān)注。針對現(xiàn)有關(guān)于同軸布喇格結(jié)構(gòu)理論研究的不足，本論文對內(nèi)外導(dǎo)體單獨(dú)或者同時開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，對已有的國外實(shí)驗(yàn)報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。通過對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，而且還能通過一個開槽的內(nèi)導(dǎo)體來對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)體同時以恰當(dāng)參數(shù)開槽來

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)或者同時開槽，過模工作的同軸布喇格結(jié)構(gòu)均可能發(fā)生帶隙的重疊；提出通過設(shè)置內(nèi)外導(dǎo)體波紋的相位差為π來對帶隙的重疊進(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