二維光子晶體微波加速結構的研制.pdf

1、本文的研究內(nèi)容是X波段金屬光子晶體(PBG結構)行波加速結構的設計和實驗研究。 PBG結構最大的特點是其擁有光子帶隙，它可以禁止頻率在光子帶隙范圍內(nèi)的電磁波在PBG結構中傳播。其中，二維金屬PBG結構因為其可以用來阻尼加速結構中的尾場被引入到加速結構設計當中。尾場是影響束流傳輸甚至破壞束流的有害模式，有效抑制尾場非常重要。 本文根據(jù)三角陣列金屬PBG結構的全域光子帶隙圖分析了這種結構約束主模、抑制偶極模的條件。在此基礎

2、上設計和制作了X波段PBG諧振單腔，探索并改進了金屬PBG結構的機械加工方法，諧振腔的Q值從之前的800提高到3800，這為多腔行波加速結構的制作提供了條件。 為有效阻尼PBG加速結構中高次模，提出開放PBG結構側壁并把最外層的部分金屬棒替換為SiC棒吸收材料。理論計算表明，這種方式可以有效引出和吸收TM11偶極模，而對TM01加速模影響較小。 完成了X波段金屬PBG行波加速結構的設計，包括加速單元和耦合單元兩部分。考慮

3、到短程尾場效應的影響，加速結構的設計群速度為較普通加速波導群速度高的0.04C。由于PBG結構的特點，其耦合器設計比傳統(tǒng)盤荷波導結構更復雜，傳統(tǒng)盤荷波導耦合器的設計方法在對PBG結構不再適用。本文采用基于“三頻率”法的耦合器定量設計方法，通過優(yōu)化直波導和耦合腔中心之間的部分金屬棒的位置來進行耦合器調(diào)配，用CST Microwave Studio完成了PBG結構耦合器的數(shù)值模擬設計。在國內(nèi)首次獲得了帶有耦合器的金屬PBG行波加速結構的實驗