基于圓柱二維周期表面晶格結構微波源的研究.pdf

1、隨著高功率微波技術的發(fā)展及其應用需求的提高，提高器件工作頻率和功率容量是高功率微波源技術發(fā)展的重要目標。對于高頻段器件，其橫向尺寸相對較小，這嚴重制約了微波源功率容量的提高。一種有效的解決辦法就是增加器件的橫向尺寸和使用大直徑環(huán)形電子束。然而，這種過模結構的微波源常面臨模式競爭，輸出頻譜復雜等問題。因此研究微波源在高頻率、高功率容量的條件下，保持模式選擇能力的方法，成為近幾年來的研究熱點。二維周期表面晶格結構是一種在過模條件下保持模式選

2、擇能力的新型結構，具有高功率容量的潛力。國外已經(jīng)開展了一些基于圓柱二維周期表面晶格結構的微波源的初步的理論和仿真研究。在此基礎上，本文對基于圓柱二維周期表面晶格結構的微波源開展了進一步的探索和研究。
　　論文首先開展了相關理論研究。建立了圓柱二維周期表面晶格結構的數(shù)學模型，推導了基于電介質圓柱波導模型的相關理論表達式。主要結論有：本征模式中的耦合條件為 Bragg條件；電介質圓柱波導模型的參數(shù)與工作頻率、晶格參數(shù)有關；根據(jù)電壓可以

3、將器件分為高、低電壓工作狀態(tài)，并且不同的工作狀態(tài)需要和器件的幾何結構相匹配。
　　其次，研究了該結構的高頻特性。結果表明，該結構內本征模式為體積波TM0l和表面波HE7n的疊加；隨著本征頻率增加，體積波和表面波的徑向周期數(shù)增加，角向周期數(shù)保持不變，并且本征模式中的體積波為接近截止的體積波；該結構可以簡化為電介質圓柱波導模型來研究；晶格上分布有表面電流，表面波和體積波通過表面電流發(fā)生了耦合，這種耦合成為該結構在較大過模比時保持模式選

4、擇能力的原因。
　　最后，采用VSim軟件進行了三維粒子模擬。結果表明，當輸入電壓170kV，電流20A，磁場1.8T，電子束發(fā)射位置距軸線2.0mm時，得到了50kW，923GHz的微波輸出；電子束的縱向動量空間分布比較混亂，但是仍存在著電流調制現(xiàn)象；電子束在腔體內的角向運動不可忽略；束波同步條件理論推導結果和粒子模擬結果相差較大，但仍能夠揭示器件的工作規(guī)律；通過研究電壓、磁場、電子發(fā)射位置對微波輸出的影響可以為器件設計和優(yōu)化提