同轴布喇格反射器的模拟研究

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高功率毫米亚毫米波源,在雷达、等离子体加热、高能加速器、通信等方面,有着重要的应用前景,一直以来受到各国的重视。而高功率毫米波器件是高功率微波技术的一个重要方向,布喇格反射器(Bragg reflector)是其中的一个重要分支,是目前国内外研究的热点。布喇格结构是一种一维光子晶体被广泛的应用于回旋自谐振脉塞(Cyclotron Autoresonance Maser,CARM),自由电子激光和微波领域。由于在高功率微波领域,它不仅可以提供很好的单模选择性,而且不影响相对论电子注的通过,因此被认为是最适合应用于毫米波、亚毫米波的微波器件。其中,近年来发展起来的同轴布喇格反射器(coaxial Bragg reflector)被公认优于普通的圆柱或者平面型布喇格反射器,受到专家学者的重视。本硕士学位论文利用数值模拟和软件仿真对同轴布喇格反射器进行了比较深入、全面的研究,取得了有价值的研究成果。首先研究了内外导体波纹槽相位差和槽深对同轴布喇格反射器性能的影响。我们分别运用了两种分析方法:一种是根据同轴布喇格反射器腔体内的电磁耦合方程编写仿真程序,来模拟反射器的性能;一种就是利用三维电磁仿真软件对反射器进行全面的仿真测试。为了改善布喇格反射器的性能,消除频率响应曲线的残余旁瓣,我们根据滤波器的原理,对布喇格反射器的波纹进行窗函数加权,分析了渐变同轴布喇格反射器的性能。结果显示,布喇格反射器的性能得到了明显提高,达到了我们预期的目标。在工程实施中,器件的安装调试不可能达到理想的要求,特别是同轴器件,偏心问题非常普遍,因此论文深入分析了同轴布喇格反射器内导体偏心的两种情况对反射器性能的影响,找出最优的解决方案,为工程提供有益的参考。本论文对同轴布拉格反射器的研究,其主要创新点是:1.利用三维电磁仿真软件CST研究了开余弦槽的同轴布喇格反射器内外波纹相位差和开槽深度对反射器的影响,得出当相位差为π时可获得反射系数接近1的最佳效果。2.用窗函数可以有效抑制同轴布喇格反射器的残余旁瓣,比较分析了加不同窗函数对同轴布喇格反射器性能的影响。3.首次考虑工程上的需要,研究了同轴布喇格反射器两种内导体偏心对反射器工作性能的影响,得出在内外波纹槽相位差等于π时,平行偏心和倾斜偏心都对同轴布喇格反射器的传输系数有很小的影响,甚至可以忽略不计,为工程实践提供了有益参考。
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