L波段金屬光子晶體模式轉(zhuǎn)換器研究.pdf

1、光子晶體是最早在光學(xué)領(lǐng)域提出的一種新型周期結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用范圍通過縮放尺寸的關(guān)系得到了擴展，從光波波段擴展到了微波波段。本文主要針對同軸波導(dǎo)中二維金屬光子晶體電磁特性及其在高功率微波模式轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用進行了研究。
　　首先探索了同軸波導(dǎo)中二維金屬光子晶體電磁特性的不同分析方法，包括傳輸矩陣法、等效電路分析法以及CST數(shù)值仿真計算法。由傳輸矩陣法得到了同軸波導(dǎo)中二維金屬光子晶體的色散方程，通過等效電路分析法中的低頻近似以及高頻近似兩種

2、簡化處理對其帶隙特性進行了初步探討，得到它存在著從零頻到第一特征頻率的禁帶以及從第一特征頻率到第二特征頻率的通帶。利用CST軟件對其電磁特性進行了仿真計算，得到了第一通帶和第二通帶內(nèi)的色散曲線，研究它的色散特性與不同結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，為應(yīng)用于高功率微波模式轉(zhuǎn)換器的具體設(shè)計提供指導(dǎo)。
　　結(jié)合高功率微波系統(tǒng)朝結(jié)構(gòu)簡單緊湊、小型化、高功率容量等方向發(fā)展的需求，利用同軸波導(dǎo)中二維金屬光子晶體的色散特性，本文提出TEM-TE11光子

3、晶體模式轉(zhuǎn)換器的概念。闡述了TEM-TE11金屬光子晶體模式轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換的設(shè)計思想。介紹了在CST中采用分段設(shè)計再整體優(yōu)化設(shè)計光子晶體模式轉(zhuǎn)換器的一系列過程。數(shù)值計算表明，光子晶體模式轉(zhuǎn)換器在中心頻率1.31 GHz上轉(zhuǎn)換效率大于99％，在1.27 GHz到1.376 GHz的頻率范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換效率大于90％，相對帶寬為8.1％，輸出微波為圓波導(dǎo)TE1模。在真空條件下，模擬得到模式轉(zhuǎn)換器的功率容量為3.86 GW。
　　最后，