用于速調(diào)管的一維光子晶體諧振腔研究.pdf

1、傳統(tǒng)速調(diào)管隨著工作頻率的上升，相應的速調(diào)管諧振腔的尺寸就必須減小，特別是當頻率處于太赫茲頻段時，諧振腔的實際尺寸加工已經(jīng)變得非常困難。雖然通?？梢允褂酶叽文ＶC振腔增加諧振腔的尺寸，但隨之相鄰模式與工作模式的頻率間隔會變窄，對工作模式產(chǎn)生嚴重的干擾，不僅限制了帶寬極限，而且使雜模振蕩問題變得難以克服。針對這些不足和問題，我們把光子晶體引入諧振腔結(jié)構(gòu)中。光子晶體具有光子禁帶，利用光子禁帶囚禁諧振頻率處于禁帶的電磁波，而使其它頻率的電磁波向諧

2、振腔外傳播，從而有效減小相鄰模式之間的影響。本文主要工作概述如下:
　　1、X波段的速調(diào)管一維光子晶體圓柱腔的研究。
　　首先使用HFSS軟件設(shè)計了帶隙中心頻率為10GHz的一維光子晶體結(jié)構(gòu)，然后運用ISFEL3D軟件對采用一維光子晶體結(jié)構(gòu)的圓柱腔和金屬圓柱腔進行仿真和分析。研究結(jié)果表明，一維光子晶體圓柱腔中與TM010模相鄰的TM910模只存在于最外層介質(zhì)中，頻率間隔為213 MHz，不會影響TM010模;一維光子晶體圓柱

3、腔的特性阻抗(94.9Ω)比金屬圓柱腔(129Ω)要小，但均勻性要好;在一維光子晶體圓柱腔兩端連接漂移管后，TM010模所受影響很小，說明一維光子晶體圓柱腔具有較強的抗干擾能力，這是將一維光子晶體圓柱腔應用在高射頻段速調(diào)管方面的前提條件。
　　2、太赫茲波段的速調(diào)管一維光子晶體同軸腔的研究。
　　使用HFSS軟件分別設(shè)計了500GHz和650GHz的一維光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)，500GHz的一維光子晶體結(jié)構(gòu)能很好的限制TM810模

4、，這從理論上論證了用于THz波段多注速調(diào)管的一維光子晶體同軸腔的可行性。但由于該同軸腔外壁介質(zhì)層太薄，只有0.05mm，沒有機械支撐力，因而不具有實際應用價值。650GHz的一維光子晶體同軸腔由兩種環(huán)形介質(zhì)層交替排列而成，可采用薄膜工藝制作，因此具有工藝可實現(xiàn)性。研究結(jié)果表明，采用6個周期的一維光子晶體外壁能很好地鎖住TM10,1,0模，在TM10，1，0模以下的模式都不存在于腔體內(nèi)，在TM10,1，0模以上到710 GHz的范圍內(nèi)也沒

5、有模式存在于一維光子晶體諧振腔中，這表明一維光子晶體同軸腔能有效的增大模式間的頻率間隔，從而有效的減小模式之間的相互干擾。因此在消除相鄰模式干擾方面，一維光子晶體同軸腔要優(yōu)于金屬同軸腔。在一維光子晶體同軸腔兩端連接漂移管后，腔體中TM10,1,0模的影響很小，這說明一維光子晶體同軸腔具有較好的抗干擾能力。但由于一維光子晶體同軸腔采用介質(zhì)層外壁，電磁場因側(cè)漏而導致特性阻抗比金屬同軸腔低很多，而且均勻性也差一些，但這并不會對諧振腔的性能產(chǎn)生