同轴与圆柱布喇格反射器的比较.研究

《同轴与圆柱布喇格反射器的比较.研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：第一：比较全面的用数值分析方法对比研究了圆柱布喇格反射器与内外导体不同开槽形式的同轴布喇格反射器的特性。第二：以工作模式为TE。．模、频率为250GHZ为例，研究了开槽周期对同轴布喇格反射器性能的影响，保证了内外导体开槽周期相

2、同时可获得最优反射性的有益结论。西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第{章绪论1。1布喇格谐振腔的发展及现状布喇格谐振腔(Braggresonator)被广泛用于微波及光波领域【lH引。它的腔体结构很适合于为高模、高功率振荡器提供频率选择。特别是，其开放式结构很适合相对论性自由电子束的输运，使其成为当前自由电子激光器(FEL)和回旋自谐振脉塞(CARM)振荡器中谐振腔的酋选对象。布喇格谐振腔是由两段具有周期性波纹壁的不均匀波导(布喇格反射器)以及中间一段均匀波导所构成。其工作原理是：精心设计布喇格反射器参数，使反射器对于工作模式在工作频率的

3、反射率尽可能接近l，对于其它频率和其它模式的反射率尽可能小。这样，由于两端布喇格反射器对工作模式的反射作用，就可以在两个布喇格反射器之间的波导中，使工作模式以工作频率形成驻波振荡。布喇格反射器俸为布嘲格谐振腔的重要组成部分，其性质直接关系到谐振腔的质量。在过去的研究中，布喇格反射器均是采用圆柱导体的内壁开波纹槽结构，郎基柱布喇格反射器(cylindricalBraggreflector)[吲哇珏l。近年来，露轴结构的布喇格反射器越来越受到重视【12】+【15】。图l为开矩形波纹槽同轴布喇格反射器的纵向剖面图。塑I-1薪型同辘带喇格反射器级向

4、剖蘅圈本论文以多波互作用理论【161为依据，对同轴布喇格反射器与圆柱布喇格反射器的选模特性进行比较研究，并探讨同轴布拉格反射器内、夕卜导体柱波纹槽周期及波纹槽深度对反射率的影响。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1．2论文的意义及主要工作布喇格谐振腔的显著优点是谐振腔可以同时提供单摸反馈的选择性，并且使相对论电子束通过，从而避免了通常激光器采用的端面反射镜会阻断电子束及承受大功率破坏等问题。由于布喇格谐振腔是由两段具有周期性波纹壁的不均匀波导(布喇格反射器)及中间一段均匀波导所构成，因此，研究布喇格反射器的电磁特性及其结构参数对性能的影响

5、是设计布喇格谐振腔的关键。在以往的理论及实验研究中，布喇格反射器都是采用圆柱结构【l¨，对圆柱导体壁开正弦波纹或矩形波纹。在圆柱结构布喇格反射器的基础上增加内导体柱后，就形成同轴布喇格反射器(coaxialBraggreflector)。对于这种结构的布喇格反射器，目前公开发表的相关文章非常宵限。然而采用这种同轴结构的布喇格反射器具有很多新的特性：通过恰当选取参数，就可能设计电磁特性有利于CARM中与电子束的互作用的同轴布喇格反射器，进而发展出相应的同轴布喇格谐振腔，从而提高CARM器件的性能。本论文以圆柱波导的最低模式TEll模式为例，通

6、过研究此模式下布喇格反射器结构参数的选择对其性能的影响，为今后设计高阶模式高模次反射器提供必要的理论依据和实验参考。本论文从变截面同轴波导理论出发，对同轴布喇格反射器的结构参数进行优化设计。在第2、3章中，在变截面同轴波导理论基础上，推导出变截面同轴波导的模式耦合特性方程及衰减系数；在第4章中根据推导出的模式耦合特性方程及衰减系数方程，利用FORTRAN语言编制出在多模条件下布喇格反射器中反射率随反射器长度变化的相关程序；通过对美国洛伦兹利弗莫尔国家实验室(LLNL)所做的圆柱结构的布喇格发射器实验的数值模拟【l¨，验证了所编制程序的可靠性

7、；比较了各种同轴布喇格反射器的特性。第五章通过数值模拟和对参数的优化，得出当电磁波的工作模式为TE¨模式，工作频率为250GHz时，其结构参数满足P洒=P。，，Li．≈L川的同轴布喇格反射器可以达到最佳性能，从而在理论上为同轴腔CAIN放大器的进一步研究提供参考。西南交通大学硕士研究生学位论文第3页第2章变截面同轴波导耦合方程2．{反射器理论通常对于光滑变截面波导的处理方法是解一系列前向波与反向波振幅的微分方程，这就是著名的传输线方程阁。在该方程中，假设对反射器开很小的正弦波纹槽，可以推导出在耦合微分方程中，有些模式可能独立存在，有些模式要

8、与其它模式互相耦合。通过对这些微分方程的求解，可以得到反射器的性能与所开正弦波纹的关系【19】～【2翻。2。{．{单模理论对TE。和TM．。模式满足场方程：f(z，t)=A(z)