坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的模擬研究.pdf

1、高功率毫米亞毫米波源，在雷達(dá)、等離子體加熱、高能加速器、通信等方面有著重要的應(yīng)用前景，一直以來受到各國(guó)的重視。而高功率毫米波器件是高功率微波技術(shù)的一個(gè)重要方向，布喇格反射器(Bragg reflector)是其中的一個(gè)重要分支，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在過去幾年里，布喇格反射器一直被廣泛應(yīng)用在微波領(lǐng)域和光學(xué)元器件中，尤其是在模式耦合，回旋自諧振脈塞(cyclotron autoresonance maser，CARM)，和工作在毫米以及

2、亞毫米波范圍內(nèi)的自由電子激光(Free-electron laser，F(xiàn)EL)方面的應(yīng)用。 最近，人們對(duì)非常適用于高功率回旋自諧振脈塞(CARM)的同軸布喇格反射器進(jìn)行研究與應(yīng)用開發(fā)。研究表明，內(nèi)外開槽的同軸布喇格反射器具有很好的特性：工作模式能得到很高的反射率，并且競(jìng)爭(zhēng)模式得到了很好的抑制，其幾何尺寸大、功率容量大，模式選擇性好，適合高階模高頻率運(yùn)行，甚至能工作在頻率為幾百GHz的高階模。 對(duì)普通波導(dǎo)采用坡度邊界的研究

3、表明，相對(duì)于均勻邊界可以提高選模、選頻性能。因此，如果對(duì)普通同軸布喇格結(jié)構(gòu)采用適當(dāng)坡度，可能進(jìn)一步改善布喇格結(jié)構(gòu)的頻率選擇性。本碩士學(xué)位論文從理論分析和CST軟件數(shù)值模擬仿真兩個(gè)方面，對(duì)具有坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較深入的研究，探索改善同軸布喇格結(jié)構(gòu)性能的新途徑，取得了有價(jià)值的研究成果。 首先，第一章對(duì)高功率微波和布喇格結(jié)構(gòu)的研究背景、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)作了簡(jiǎn)要的闡述，提出了本論文的組織形式。 然后，第二章闡述了內(nèi)外開槽

4、同軸布喇格結(jié)構(gòu)研究的兩種理論方法：耦合波理論和激發(fā)理論。利用耦合波理論推導(dǎo)出了同軸布喇格反射器內(nèi)電磁場(chǎng)的耦合方程和各個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。并對(duì)CST軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。 第三章首先驗(yàn)證了我們?cè)O(shè)立的模擬模型的可行性。接著分析比較了三種不同開槽形狀的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)際應(yīng)用中開槽形狀的選擇提供了理論依據(jù)。 第四章研究了普通同軸布喇格結(jié)構(gòu)的不同參數(shù)對(duì)頻率響應(yīng)特性的影響，并介紹了坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的概念，利用CS

5、T仿真軟件建立了坡度同軸布喇格結(jié)構(gòu)仿真模型，模擬了低頻低階單模情況下坡度對(duì)頻率響應(yīng)的影響。 第五章為了改善布喇格結(jié)構(gòu)的性能，消除頻率響應(yīng)曲線的殘余旁瓣，我們根據(jù)濾波器的原理，對(duì)坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的波紋進(jìn)行窗函數(shù)加權(quán)。結(jié)果顯示，坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的性能得到了明顯改善，達(dá)到了我們預(yù)期的目標(biāo)。 第六章在CST軟件平臺(tái)上對(duì)高頻高階多模耦合模式具有坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性數(shù)值模擬。 最后，在第七章對(duì)本論文進(jìn)

6、行總結(jié)。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)可以概括如下： 1．利用三維電磁仿真軟件CST，分析比較研究了三種不同開槽形狀的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的性能，發(fā)現(xiàn)他們都有其自身優(yōu)缺點(diǎn)。我們可以根據(jù)需要來選擇同軸布喇格結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，以提高反射器的反射效率，進(jìn)而提高器件的輸出功率。 2．引入了坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的概念，建立了模擬仿真模型，研究模擬了低頻低階單模情況下正圓錐形坡度和倒圓錐形坡度在加不同坡度角時(shí)對(duì)同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響，以

7、及引入窗函數(shù)來抑制坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)曲線殘余旁瓣的方法。發(fā)現(xiàn)具有正圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變窄，具有倒圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變寬；加窗函數(shù)后頻率響應(yīng)曲線的殘余旁瓣得到了有效的抑制。 3．模擬研究了高頻高階多模耦合情況下正圓錐形坡度和倒圓錐形坡度在加不同坡度角時(shí)對(duì)同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)無論是正圓錐形坡度還是倒圓錐形坡度，其工作模式的頻率響應(yīng)受坡度