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同轴布喇格反射器的模拟研究

作　者: 陈晓辉
导　师: 张世昌
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光子晶体高功率微波耦合理论同轴布喇格反射器反射系数
分类号: TN62
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 41次
引　用: 2次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第1章绪论  12-18
  1.1 研究背景  12
  1.2 光子晶体  12-14
  1.3 研究动态  14-16
  1.4 本文研究的内容和创新点  16-18
第2章同轴布喇格反射器的耦合理论  18-35
  2.1 引言  18
  2.2 同轴布喇格结构  18-20
  2.3 耦合理论  20-27
    2.3.1 TM模式横向电场的耦合方程  22-24
    2.3.2 TM模式横向磁场的耦合方程  24-26
    2.2.3 TE模式电场和磁场的耦合方程  26-27
  2.3 转换系数  27-32
    2.3.1 横磁模电场之间或者磁场之间的转换系数  28-29
    2.3.2 横磁模电场之间或者磁场之间的转换系数  29-31
    2.3.3 不同模式电场或磁场之间的转换系数  31-32
  2.4 同轴波导函数的归一化  32-34
    2.4.1 横磁模本证矢量函数的归一化  32-34
    2.4.2 横电模本征矢量函数的归一化  34
  2.5 本章小结  34-35
第3章仿真软件CST的模型构建  35-41
  3.1 引言  35
  3.2 CST公司及产品  35-36
  3.3 CST微波工作室特点  36-39
    3.3.1 CST微波工作室的算法  36-37
    3.3.2 CST微波工作室的其它技术  37-39
  3.4 CST微波工作室的仿真步骤  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章同轴布喇格反射器波纹槽相位差和槽深影响的模拟研究  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 仿真的方法  41-43
  4.3 仿真模型的实验验证  43-46
  4.4 波纹槽相位差对带宽的影响  46-48
  4.5 波纹槽深度对带宽的影响  48-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章窗函数消除频率响应曲线残余旁瓣  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 窗函数  52-55
    5.2.1 汉宁窗  52-53
    5.2.2 汉明窗  53
    5.2.3 布拉克曼窗  53-54
    5.2.4 高斯窗  54-55
  5.3 布喇格结构加窗技术  55-61
    5.3.1 结构加汉明窗  55-56
    5.3.2 结构加布拉克曼窗  56-58
    5.3.3 结构加高斯窗  58-61
  5.4 本章小结  61-62
第6章同轴布喇反射器偏心度影响的研究  62-69
  6.1 引言  62
  6.2 平行偏心对同轴布喇格反射器的影响  62-65
    6.2.1 实验参数  63
    6.2.2 平行偏心对布喇格反射器反射性能的影响  63-65
  6.3 倾斜偏心对同轴布喇格反射器的影响  65-68
  6.4 本章小结  68-69
第7章结论  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
附录A 电磁场的横向表示法  77-79
攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文  79

同轴布喇格反射器的模拟研究

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