三亞學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計)模板-丁學(xué)用

1、 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第II頁 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）基于ARM的數(shù)碼管顯示和鍵盤系統(tǒng)論文（設(shè)計）題目： 學(xué) 院： 理工學(xué)院 專 業(yè)（方 向）： 通信工程 年 級、班 級： 通信0901 學(xué) 生 學(xué) 號： 0910711020 學(xué) 生 姓 名： 張 三 指 導(dǎo) 老 師： 李 四 2013年5月10日 三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第22 頁 頁面設(shè)置1頁眉：每版頁眉為三亞學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 頁；宋體五號。2頁邊距：版面上頁邊距30mm，下頁邊距25mm，左頁邊距30mm，右頁邊距20mm；行間距為1.5倍行距。3頁碼的書寫要求：摘要和目錄的頁碼采用大寫羅馬數(shù)字編寫，如、。從正文開始至

2、附錄采用阿拉伯?dāng)?shù)字編寫頁碼。封面和任務(wù)書不編頁碼。每一章均重新開始一頁。章標(biāo)題前空一行。正文段落和標(biāo)題一律取“1.5倍行距”，不設(shè)段前與段后間距。論文獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。除特別加以標(biāo)注的地方外，論文中不包含其他人的研究成果。本論文如有剽竊他人研究成果及相關(guān)資料若有不實之處，由本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。本人的畢業(yè)論文（設(shè)計）中所有研究成果的知識產(chǎn)權(quán)屬三亞學(xué)院所有。本人保證：發(fā)表或使用與本論文相關(guān)的成果時署名單位仍然為三亞學(xué)院，無論何時何地，未經(jīng)學(xué)院許可，決不轉(zhuǎn)移或擴散與之相關(guān)的任何技術(shù)或成果。學(xué)院有權(quán)保留本人所提交論文的原件或復(fù)印

3、件，允許論文被查閱或借閱；學(xué)院可以公布本論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他手段復(fù)制保存本論文。加密學(xué)位論文解密之前后，以上聲明同樣適用。論文作者簽名： 年 月 日THz高階模同軸布喇格結(jié)構(gòu)帶隙重疊現(xiàn)象的抑制黑體小二號字，居中，上空一行。摘 要黑體小三號，居中。高摘要正文：宋體小四號，1.5倍行距。功率毫米亞毫米波源，在雷達(dá)、等離子體加熱、高能加速器、通信等方面有著重要的應(yīng)用前景，一直以來受到各國的重視。而高功率毫米波器件是高功率微波技術(shù)的一個重要方向，布喇格反射器（Bragg reflector）是其中的一個重要分支，是目前國內(nèi)外研究的熱點。在過去幾年里，布喇格反射器一直被廣泛應(yīng)用

4、在微波領(lǐng)域和光學(xué)元器件中，尤其是在模式耦合，回旋自諧振脈塞，和工作在毫米以及亞毫米波范圍內(nèi)的自由電子激光方面的應(yīng)用。在早期的工作中，大量的理論和實驗研究都是針對圓柱或者平面布喇格結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中我們只能對一個導(dǎo)體或者介質(zhì)提供周期性的擾動。最近，由于在提高高功率自由電子器件中表現(xiàn)出很多獨特的優(yōu)越性，使得基于同軸波導(dǎo)的布喇格結(jié)構(gòu)吸引了越來越多的關(guān)注。本論文對內(nèi)外導(dǎo)體單獨或者同時開槽的正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)的特性，進(jìn)行了較為全面的研究。通過耦合模理論的方法通過Fortan軟件實現(xiàn)對同軸布喇格帶隙重疊現(xiàn)象的抑制研究，研究表明提出通過設(shè)置內(nèi)外導(dǎo)體波紋的坡度方式和坡度角來對帶隙的重疊進(jìn)行有效地抑制。進(jìn)一

5、步研究了在波紋幅度引入漢明窗分布后同軸布喇格結(jié)構(gòu)的多波耦合時的帶隙特性，提出了對同軸布喇格結(jié)構(gòu)內(nèi)外導(dǎo)體開槽幅度同時引入漢明窗分布來消除殘留旁瓣的混疊?！娟P(guān)鍵詞】“關(guān)鍵詞”居行首，黑體小三號；關(guān)鍵詞的具體內(nèi)容為宋體小四號，1.5倍行距。關(guān)鍵詞3-5個，每個關(guān)鍵詞之間用逗號分開。同軸布喇格結(jié)構(gòu)，耦合模理論，帶隙重疊，窗函數(shù)，殘余旁瓣Effect of ripple taper on band-gap overlap in a coaxial bragg structure operating at terahertz frequency外文題目、摘要和關(guān)鍵詞的字體為“Times New Roman

6、”，字號、行間距等與中文相一致。正文部分兩端對齊。AbstractHigh-power radiation sources in millimeter and sub-millimeter waves have a great prospect of applications to radar, plasma heating, high-gradient linear colliders, and communications, and therefore, attract more and more attention in many countries. Microwave devices

7、 play an important role in high-power microwave technology. And as one of microwave devices, Bragg reflector is focused by researchers in the world. In the past years, the Bragg resonators have been widely employed in many microwave and optical devices. Especially, it is the most suitable cavity for

8、 over-mode, high-power cyclotron auto-resonance maser (CARM) and free-electron laser (FEL) in millimeter and sub-millimeter wave ranges.In previous works, extensive theoretical and experimental studies have been devoted to the conventional cylindrical and planar Bragg structures, where only one cond

9、uctor or dielectric is provided periodic perturbations. Recently, growing attention has been paid to the coaxial Bragg structures realized by coaxial metallic waveguides due to theirs attractive merits in improving the performance of high-power free-electron device. comprehensive investigation is pr

10、esented in this dissertation to demonstrate the peculiarities of the coaxial Bragg structure with either one or both of the conductors sinusoidally corrugated. Furthermore, band-gaps peculiarities of the overmoded coaxial Bragg structure with Hamming-window distribution corrugations are investigated

11、 in terms of multiwave coupled treatment, where the results reveal that the residual side-lobes interaction of the involved modes can be entirely eliminated by applying Hamming-window distribution to both the outer-conductor and inner-rod corrugations.【Key Words】 coaxial Bragg structure,coupled form

12、ulation,band-gap overlap,windowing function, residual side-lobes目 錄目錄一定要自動生成，目錄頁中每行均由標(biāo)題名稱和頁碼組成，包括主要內(nèi)容的章、節(jié)序號和標(biāo)題、參考文獻(xiàn)、致謝、附錄等。標(biāo)題一般寫到三級，不出現(xiàn)四級。目錄中的內(nèi)容字體、字號與正文保持一致格式。1 緒 論11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究動態(tài)11.3 論文的研究內(nèi)容和意義22 正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)多模耦合理論42.1引言42.2多波耦合理論分析模43 帶隙重疊現(xiàn)象的研究63.1過模工作導(dǎo)致的帶隙重疊現(xiàn)象63.2 相位差對帶隙重疊現(xiàn)象的抑制74 坡度對帶隙重疊現(xiàn)象的抑

13、制104.1 坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的引入104.2 坡度對同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響115 窗函數(shù)消除殘余旁瓣145.1 窗函數(shù)145.1.1 漢寧(Hanning) 窗145.1.2 漢明(Hamming)窗155.1.3 布拉克曼(Blackman)窗155.2 加窗技術(shù)抑制殘余旁瓣166 結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20致 謝21附 錄21正文段落和標(biāo)題一律取“1.5倍行距”，不設(shè)段前與段后間距，正文采用宋體小四號字。1 緒 論一級標(biāo)題：黑體小三號。1.1 研究背景二級標(biāo)題：黑體四號。三級標(biāo)題：黑體小四號。高功率微波（High Power Microwave, HPM全文中的英文字符均采用Ti

14、mes New Roman字體，字號與所在的文字段對應(yīng)。科學(xué)技術(shù)名詞術(shù)語盡量采用全國自然科學(xué)名詞審定委員會公布的規(guī)范詞或國家標(biāo)準(zhǔn)、部標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的名稱，尚未統(tǒng)一規(guī)定或叫法有爭議的名詞術(shù)語，可采用慣用的名稱。使用外文縮寫代替某一名詞術(shù)語時，首次出現(xiàn)時應(yīng)在括號內(nèi)注明全稱。外國人名一般采用英文原名，按名前姓后的原則書寫。一般很熟知的外國人名（如牛頓、愛因斯坦、達(dá)爾文、馬克思等）應(yīng)按通常標(biāo)準(zhǔn)譯法寫譯名。）1引用文獻(xiàn)標(biāo)注應(yīng)在引用處正文右上角用 和參考文獻(xiàn)編號表明，字體用五號字。按照順序標(biāo)注。是20世紀(jì)70年代以來隨著脈沖功率技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，是脈沖功率技術(shù)與等離子體物理學(xué)及電真空技術(shù)相結(jié)合的

15、產(chǎn)物，它的崛起是近代微波理論和技術(shù)的迅速發(fā)展而推動起來的。由于高功率微波研究使高功率和高能量電磁輻射的產(chǎn)生成為可能，近幾年來，高功率微波已形成一門新技術(shù)，它既有一些新的應(yīng)用，又能對現(xiàn)實的某些應(yīng)用提供創(chuàng)新的方法。它包括高功率微波電磁脈沖產(chǎn)生技術(shù)、相對論強流電子束產(chǎn)生與維持技術(shù)、HPM元器件技術(shù)、HPM定向發(fā)射和傳輸技術(shù)以及HPM應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域。它極大地促進(jìn)了高功率雷達(dá)、超級干擾機、等離子物理和HPM武器等的發(fā)展。在實際應(yīng)用需求的驅(qū)動下，更高功率、更高能量、更高頻率及帶寬微波源的研究和發(fā)展引起了國內(nèi)外學(xué)者的極大興趣，是目前國際上一個相當(dāng)活躍的研究領(lǐng)域。作為高功率微波源家族中的一員，自由電子激光和相

16、對論CHERENKOV器件是最有前途的高功率微波器件之一，至今為止，人們對這類器件的研究興趣正與日俱增。布喇格反射器作為高功率微波器件的一種，也成為了國內(nèi)外研究的熱門2，布喇格反射器是一種典型的光子晶體結(jié)構(gòu)，能夠在一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生“光子禁帶”，使落在“光子禁帶”的電磁波全部得到反射。布喇格結(jié)構(gòu)最基本的特征就是具有電磁禁帶。對于給定的模式，存在著一系列的布喇格頻率使得該模式的正反兩個方向傳播的波嚴(yán)格地滿足布喇格條件。在以這些布喇格頻率作為中心頻率的一定頻率范圍內(nèi)，由于同相相干的相位匹配條件大致能夠滿足，正向波在這個頻段會產(chǎn)生極大的反射而使傳播受到抑制，這樣就相當(dāng)于在頻譜上形成一段電磁波禁止傳播

17、的區(qū)域，即所謂的電磁禁帶（Electromagnetic stop band）或電磁帶隙（Electromagnetic band gap）。利用這種在頻譜上形成的帶隙特性，布喇格結(jié)構(gòu)在其禁帶可形成一個頻率選擇性的反射面起到反射器和濾波器的作用，而在其禁帶兩邊的通帶上則可形成一系列通帶本征模起到傳輸型諧振腔的作用。 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)高功率微波技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，已逐漸走向成熟，其研究焦點已經(jīng)相對穩(wěn)定的集中在幾個有限的高功率微波源上。高功率微波源的研究工作除了向更高功率發(fā)展以外，最主要的還是向小型化，靈巧化，頻率可調(diào)的可重復(fù)運行的高功率微波源發(fā)展。除此之外，研制緊湊型的長脈沖高功率微波

18、源是各國科學(xué)家追求的另一個目標(biāo)。雖然在研究過程中遇到了許多問題，而且這些問題制約著高功率微波源的發(fā)展，但是我們相信，因其潛在的軍事應(yīng)用前景和工業(yè)應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來這些問題會得到進(jìn)一步解決，使高功率微波技術(shù)得到長足發(fā)展，成為21世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。布喇格結(jié)構(gòu)的帶隙特性使其在光電子以及微波電子器件中得到了廣泛的應(yīng)用。早在上個世紀(jì)七十年代，布喇格結(jié)構(gòu)在集成光學(xué)的應(yīng)用就得到了迅猛發(fā)展。到目前為止，布喇格結(jié)構(gòu)在光電子學(xué)的應(yīng)用可以說幾乎涉及光發(fā)射、光放大、光濾波、光交換、光接受以及色散補償?shù)雀鞣N領(lǐng)域。在微波電子學(xué)領(lǐng)域，早在1968年，Kovalev等人就提出在金屬波導(dǎo)內(nèi)壁刻蝕周期性的螺

19、旋型波紋來實現(xiàn)多模工作情況下的選擇性模式轉(zhuǎn)換3，這類螺旋波紋波導(dǎo)實際上就是一種二維布喇格結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成媒質(zhì)沿兩個方向（角向與縱向）都具有周期性分布的結(jié)構(gòu)。在1980年，他們又提議利用這種金屬布喇格結(jié)構(gòu)來構(gòu)建工作于毫米、亞毫米波段開放式諧振腔。金屬布喇格結(jié)構(gòu)在CARM振蕩器、自由電子激光振蕩器及高功率微波模式轉(zhuǎn)換器中得到廣泛應(yīng)用。事實上，在諸如CARM振蕩器這種高功率真空電子器件中采用布喇格結(jié)構(gòu)其優(yōu)點是顯而易見的：它不僅可以提供很好的選頻、選模特性，而且不影響相對論電子束通過，從而避免了通常激光器采用端面反射鏡阻斷電子束及承受大功率破壞等一系列問題。1.3 論文的研究內(nèi)容和意義由于國內(nèi)外對高功率微

20、波器件的現(xiàn)狀以及未來高功率微波器件的發(fā)展要求，本文對坡度對THz同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶隙重疊現(xiàn)象的抑制進(jìn)行了研究。在緒論中，詳細(xì)介紹了布喇格結(jié)構(gòu)的研究背景，分析了目前所存在的主要問題，提出了本文的研究目標(biāo)和研究的內(nèi)容。首先，介紹正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)多波耦合理論以及多波耦合理論分析模型，利用已報道的實驗數(shù)據(jù)對提出的多波耦合模型進(jìn)行了驗證，并且用示例證明了多模耦合分析的重要性。然后，對THz頻段高階模同軸布喇格結(jié)構(gòu)帶隙特性進(jìn)行研究。利用耦合波理論研究了一個以TE6,1模式工作于0.35 THz的正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)在不同開槽條件下的帶隙特性，發(fā)現(xiàn)了同軸布喇格結(jié)構(gòu)在過模工作時普遍存在著帶隙重疊的現(xiàn)象

21、，在此基礎(chǔ)上提出了帶隙分離的方法。接著，引入了坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的概念，建立了模擬仿真模型，研究模擬了低頻低階單模情況下正圓錐形坡度和倒圓錐形坡度在加不同坡度角時對同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)具有正圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變窄，具有倒圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變寬。并得出坡度對帶隙重疊現(xiàn)象的抑制。引入窗函數(shù)來抑制坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)曲線殘余旁瓣的方法，發(fā)現(xiàn)加窗函數(shù)后頻率響應(yīng)曲線的殘余旁瓣得到了有效的抑制。提出了對同軸布喇格結(jié)構(gòu)內(nèi)外導(dǎo)體開槽幅度同時引入加窗分布來消除殘留旁瓣的混疊。最后，總結(jié)了本論文的主要工作，得出了一

22、些有意義的結(jié)論。2 正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)多模耦合理論 2.1引言正如緒論所述，由于在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，布喇格結(jié)構(gòu)的研究受到國際上的普遍重視。尤其在微波電子學(xué)領(lǐng)域，由金屬布喇格結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的布喇格諧振腔被認(rèn)為是工作于毫米、亞毫米波段的回旋自諧振脈塞（CARM）和自由電子激光（FEL）振蕩器最為合適的腔體結(jié)構(gòu)。一般而言，布喇格結(jié)構(gòu)是由內(nèi)表面刻蝕成正弦或者矩形波紋槽的平面或者圓柱波導(dǎo)形成。最近，由于同軸結(jié)構(gòu)在高功率回旋器件所展現(xiàn)出的優(yōu)越特性，基于同軸波導(dǎo)的布喇格結(jié)構(gòu)獲得了越來越多的關(guān)注4。耦合波理論是研究布喇格結(jié)構(gòu)的電磁特性極為有效的方法。目前，現(xiàn)有的少量文獻(xiàn)中給出的對于同軸布喇格結(jié)構(gòu)中耦

23、合問題的描述存在很大的局限性，如只給出了低階模式間的耦合系數(shù)（TEM 自耦合及TEM模式與TM0,n模式的耦合）；在建立耦合波方程的過程中要求帶隙不能重疊，僅用兩個行波分量（同一模式或兩種模式）的疊加來表示布喇格結(jié)構(gòu)內(nèi)的總場同時忽略了布喇格失配項的貢獻(xiàn)。實際上，對于工作于數(shù)百GHz甚至THz頻段的大尺寸布喇格結(jié)構(gòu)，由于過模（over-mode）工作而導(dǎo)致的帶隙重疊幾乎是不可避免的，為了分析過模工作的布喇格結(jié)構(gòu)電磁特性，我們有必要建立關(guān)于同軸布喇格結(jié)構(gòu)相對完善的耦合波理論。針對現(xiàn)有同軸布喇格結(jié)構(gòu)耦合波理論的不足，本章做了以下兩方面的嘗試：首先，在考慮帶隙重疊以及布喇格失配項的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了同軸布

24、喇格結(jié)構(gòu)的多波耦合方程組及相應(yīng)的耦合系數(shù)；其次，利用已報道的實驗數(shù)據(jù)對提出的多波耦合模型進(jìn)行了驗證，并且用示例證明了多模耦合分析的重要性。2.2多波耦合理論分析模正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)的縱向剖面結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，其中pb為波紋的空間周期；，分別是該段布喇格結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體平均半徑，波紋幅度，波紋初始相位；，則分別是該段布喇格結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體平均半徑，波紋幅度，波紋初始相位。為了便于分析，我們選擇正交曲線坐標(biāo)（）為參考坐標(biāo)系，其單位矢量為（）。在此，布喇格結(jié)構(gòu)外壁半徑Rout和內(nèi)導(dǎo)體半徑Rin可分別表示成關(guān)于縱向位置z變化的函數(shù) (2.1)公式應(yīng)用公式編輯器輸入，公式應(yīng)居中書寫，公式的編號用圓括號括起放在

25、公式右邊行末，公式與編號之間不加虛線。對于公式中的變量含義需要說明的，請在公式后的段落中，采用“式中：A為某某，B為某某”的方式加以說明，A、B等字符必須與公式中的字體一致。如，公式中為斜體，則說明中也必須使用斜體。 (2.2)其中。外壁內(nèi)法向方向 與徑向單位矢量 的夾角以及內(nèi)導(dǎo)體外法向方向 與徑向單位矢量的夾角 可以分別表示成 (2.3) (2.4)假設(shè)同軸布喇格反射器中存在種模式，根據(jù)同軸布喇格反射器多模耦合理論，其中第模式（1，2，N）的沿正方向傳播的波（簡稱正傳波）和沿負(fù)方向傳播的波（簡稱反傳波），由下述耦合方程決定：圖2.1 同軸布喇格結(jié)構(gòu)縱向剖面圖正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)文中圖、表只

26、用中文圖題、表題；每幅插圖應(yīng)有圖序和圖題，圖序和圖題應(yīng)放在圖位下方居中處，圖序和圖題一般用黑體五號字。圖的編號由“圖”和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，阿拉伯?dāng)?shù)字由前后兩部分組成，中間用“.”號分開，前部分?jǐn)?shù)字表示圖所在章的序號，后部分?jǐn)?shù)字表示圖在該章的序號。例如“圖2.3”、“圖3.10”等；每個圖號后面都必須有圖題，圖的編號和圖題要置于圖下方的居中位置。 (2.5) (2.6)式中，為正傳波及反傳波的幅度， Di=bi-kb/2,為布喇格失配量， bi是縱向波數(shù),ai是衰減常數(shù)；Gik和它的共軛Gik*代表第i模式和第k模式之間的耦合系數(shù)。 3 帶隙重疊現(xiàn)象的研究 3.1過模工作導(dǎo)致的帶隙重疊現(xiàn)象正弦波紋

27、同軸布喇格結(jié)構(gòu)的縱向剖面結(jié)構(gòu)如圖3.1 所示，其中開槽區(qū)域長度為L，內(nèi)外導(dǎo)體波紋周期為pb，分別是外壁的平均半徑，波紋幅度，波紋初始相位；，則分別是內(nèi)導(dǎo)體的平均半徑，波紋幅度，波紋初始相位。同軸布喇格結(jié)構(gòu)外壁半徑Rout和內(nèi)導(dǎo)體半徑Rin隨縱向位置z變化的函數(shù)關(guān)系可以分別表示成 (3.1) (3.2)其中。利用上述表達(dá)式，我們可以將表面光滑的導(dǎo)體可以看成波紋幅度為零的特殊情況。圖3.1 正弦波紋開槽的同軸布喇格結(jié)構(gòu)縱向剖面圖表題與圖題：黑體五號。近似地來講，同軸布喇格結(jié)構(gòu)的本征頻率以及橫向尺寸都是關(guān)于模式本征值的增函數(shù)。為了使器件便于加工及確保足夠的功率容量，同軸布喇格結(jié)構(gòu)的橫向尺寸必須足夠大

28、。當(dāng)這種大尺寸的布喇格結(jié)構(gòu)工作于THz頻段時，我們往往采用具有較大本征值的高階模式作為工作模式。不失一般性，我們考慮一種典型的情況，即一個工作于TE6,1模式，0.35 THz的同軸布喇格結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)預(yù)計作為同軸布喇格諧振腔中的反射器。這種高次模參數(shù)的選取允許該結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體平均半徑a0=10 mm，內(nèi)導(dǎo)體平均半徑為b0=7 mm。毫無疑問，這種大尺寸的結(jié)構(gòu)不但便于加工，而且還有利于高功率自由電子脈塞的散熱及電子束的輸運。然而，在這種結(jié)構(gòu)參數(shù)下，工作模式TE6,1的帶隙可能與其鄰近模式如TM6,1，TE6,2及TM6,2 的帶隙發(fā)生重疊。在這種情況下，如果這些相鄰的寄生雜模獲得了較高的反射率，它

29、們就有可能被激勵而成為競爭模式。關(guān)于帶隙重疊現(xiàn)象的具體實驗研究西南交大的賴穎新博士已經(jīng)在他的論文里做了詳細(xì)的論證，我們在這就用他的結(jié)論來繼續(xù)研究5, 接下來我們將研究不同相位差對帶隙重疊現(xiàn)象的影響。3.2 相位差對帶隙重疊現(xiàn)象的抑制如果能夠在工作頻率附近盡可能地提高工作模式的反射率，同時降低相鄰模式或者競爭模式的反射率,各個模式的帶隙就有可能得到分離。通過第2章分析，我們知道相關(guān)模式之間的耦合強度不僅取決于這些模式的布喇格失配參數(shù)而且還依賴于彼此之間的耦合系數(shù)，而耦合系數(shù)的大小取決于內(nèi)外導(dǎo)體波紋幅度以及初始的波紋相位。在此，我們試圖在不改變波紋幅度的情況下通過調(diào)節(jié)初始波紋相位差來改變反射系數(shù)的

30、大小。首先，假定布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體為均勻開正弦波紋槽的波導(dǎo)，其半徑a0=10 mm ，b0=7 mm，lout=lin=0.02 mm，周期pb=0.43 mm的正弦波紋槽，布喇格結(jié)構(gòu)的長度L=8.5621 cm。圖3.2給出了工作模式TE6,1 及三個鄰近模式TM6,1，TE6,2，TM6,2在不同相位差時的帶隙分布?？梢钥闯?，工作模式的帶隙與鄰近模式的帶隙發(fā)生了重疊，在很寬的一段頻率范圍內(nèi)（0.3460.355 THz）TM6,1模式是工作模式的主要競爭模式。圖3.2 同軸布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體相位fin=0（fin-fout= 0）時的帶隙分布圖3.3 同軸布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體相位差為fin=

31、p/2（fin-fout= p/2）時的帶隙分布圖3.4同軸布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體相位差為fin=p（fin-fout= p）時的帶隙分布圖3.3給出了在其他所有開槽參數(shù)都保持不變的情況下，將圖3.2對應(yīng)的布喇格結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體的初始波紋相位改為p/2時的帶隙分布。在這種情況下，內(nèi)外導(dǎo)體波紋的相位差fin-fout=p/2。盡管工作模式獲得了相對較高的反射率，其鄰近模式TM6,1和TE6,2在工作頻率的附近的反射率仍然是不能忽略的。然而，當(dāng)上述布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體的初始波紋相位變?yōu)閜（fin-fout=p） 時，如圖3.4所示，帶隙的分布發(fā)生了戲劇性的改善：工作模式的獲得了90%的反射率；同時，其鄰近模式

32、TM6,1和TE6,2的反射率在工作頻率附近變得微不足道。很明顯，這個現(xiàn)象表明通過設(shè)置內(nèi)外導(dǎo)體波紋的相位差fin-fout= p 能夠有效地分離工作模式與其鄰近模式的帶隙重疊，同時由于競爭模式的反射得到抑制，工作模式TE6,1有望在工作頻率0.35 THz處實現(xiàn)單模工作。但是當(dāng)相位差為p時對其帶隙重疊的影響已經(jīng)到了極限不能夠再對其進(jìn)行分離，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)對同軸布喇格結(jié)構(gòu)加一定坡度能夠?qū)吨丿B現(xiàn)象有所抑制，下一章我們將著重研究坡度對帶隙重疊現(xiàn)象的影響。4 坡度對帶隙重疊現(xiàn)象的抑制4.1 坡度開槽同軸布喇格結(jié)構(gòu)的引入 通常,普通同軸布喇格結(jié)構(gòu)6是由一段在同軸波導(dǎo)的金屬內(nèi)外壁上開周期性正弦或矩形波

33、紋槽構(gòu)成，在這種同軸布喇格結(jié)構(gòu)中，內(nèi)外導(dǎo)體波紋槽的軸線都平行于同軸布喇格結(jié)構(gòu)的對稱軸，如圖4.1所示。本文將研究內(nèi)外導(dǎo)體波紋槽的軸線相對于同軸布喇格結(jié)構(gòu)的對稱軸具有一定坡度的同軸布拉格結(jié)構(gòu)78，如圖4.2所示。有兩種形式對同軸布喇格結(jié)構(gòu)的外導(dǎo)體壁和內(nèi)導(dǎo)體壁加坡度9：第一種形式是外壁加正坡度角、內(nèi)壁加負(fù)坡度角，其剖面結(jié)構(gòu)圖如圖4.2 (a）所示，稱其為正圓錐形坡度；第二種形式是外壁加負(fù)坡度角、內(nèi)壁加正坡度角，其剖面結(jié)構(gòu)圖如圖4.2 (b）所示，稱其為倒圓錐形坡度。內(nèi)外壁傾斜的坡度角分別用和表示。在本文加坡度后的布喇格反射器中，其結(jié)構(gòu)外半徑和內(nèi)半徑可分別表示成關(guān)于縱向變化的函數(shù)關(guān)系為： (4.1)

34、 (4.2) 圖 4.1 同軸布喇格結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖（a)（b)圖4.2 具有坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)剖面圖:（a）正圓錐形坡度，（b）倒圓錐形坡度4.2 坡度對同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的影響回旋自諧振脈塞和自由電子激光振蕩器中所采用的布喇格諧振腔，由一段波導(dǎo)的兩端分別連接兩個布喇格反射器構(gòu)成。其工作原理是：精心設(shè)計布喇格反射器參數(shù)，使反射器對于工作模式工作頻率的反射系數(shù)盡可能接近1，對于其它頻率和其它模式的反射系數(shù)盡可能小，這樣，就可以在兩個布喇格反射器之間的波導(dǎo)中，使工作模式以其工作頻率形成駐波振蕩。顯然，布喇格反射器對工作模式、工作頻率的響應(yīng)范圍越寬，就越有利于預(yù)期電磁波的起振。因為實驗已經(jīng)證

35、實當(dāng)相位差為p 時，理論模擬結(jié)果和Fortan軟件模擬結(jié)果吻合較好，而且此時所得到的反射率最大，接近于1，帶寬也最寬。因此，本論文接下來在用Fortan軟件模擬分析同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)時，往往對內(nèi)外導(dǎo)體波紋槽相位差=p 時進(jìn)行研究。以期達(dá)到軟件模擬仿真的結(jié)果和理論值相統(tǒng)一。表4.1同軸布喇格結(jié)構(gòu)參數(shù)表題與圖題：黑體五號。表中宋體五號。名稱數(shù)值每個表格應(yīng)有自己的表序和表題，一般用黑體五號字，表的編號方法同圖的編號方法相同，例如“表1.6”、“表2.3”等；表的編號和表題要置于表上方的居中位置；如某個表需要轉(zhuǎn)頁接排，在隨后的各頁上要重復(fù)表的編號，編號后跟表題(可省略)或跟“(續(xù))”，如表1.2(

36、續(xù))。續(xù)表均要重復(fù)表的編排。中心頻率（f）工作模式外壁平均半徑（a0）內(nèi)導(dǎo)體平均半徑（b0）波紋幅度（lout= lin）波紋周期（Pb）布喇格結(jié)構(gòu)長度（L）0.35THzTE6,110.0mm7.00mm0.02mm0.43mm8.5621cm接下來我們就用表4.1中的參數(shù)設(shè)計仿真模型，分析坡同軸布喇格結(jié)構(gòu)中內(nèi)外導(dǎo)體初始相位差為p時不同的加坡度方式和加不同的坡度角對頻率響應(yīng)的影響。不僅同軸布喇格結(jié)構(gòu)的內(nèi)外導(dǎo)體初始相位差、開槽波紋深度、內(nèi)外壁波紋周期、開槽形狀、波導(dǎo)長度對同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)的特性有明顯的影響，在坡度同軸布喇格結(jié)構(gòu)中，不同的加坡度方式和加不同的坡度角對頻率響應(yīng)也有很大的影響9

37、。一般來說，具有正圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變窄，具有倒圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變寬。圖4.3相位差= p /2時，正圓錐型不同坡度比較圖4.4相位差= p時，倒圓錐型不同坡度比較從圖中可明顯看出，相對于一般的無坡度同軸布喇格結(jié)構(gòu)，當(dāng)對同軸布喇格結(jié)構(gòu)加正圓錐形坡度時，競爭模式TM6,2的帶寬隨著所加坡度角的增大而變窄，并且其諧振頻率點減少靠近工作模式TE6,1的諧振頻率點；當(dāng)加倒圓錐形坡度時，競爭模式TM6,2的帶寬隨著所加坡度角的增大而變寬, 并且其諧振頻率點變大遠(yuǎn)離工作模式TE6,1的諧振頻率點；但對于工作模式 TE6,1，無論是正

38、圓錐形坡度情況還是倒圓錐形坡度情況，其帶寬變化都很小，也即工作模式TE6,1的頻率響應(yīng)受坡度影響較小。而且加倒圓錐形坡度時，工作模式和競爭模式之間的帶隙重疊現(xiàn)象得到了有效的抑制。 5 窗函數(shù)消除殘余旁瓣5.1 窗函數(shù)從以上的模擬仿真結(jié)果可以看到：具有坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的傳輸系數(shù)和反射系數(shù)對頻率的響應(yīng)曲線，與圓柱布喇格結(jié)構(gòu)和一般的無坡度同軸布喇格結(jié)構(gòu)類似，都存在比較嚴(yán)重的殘余旁瓣現(xiàn)象。鑒于濾波器抑制邊帶的窗函數(shù)技術(shù)已經(jīng)成功地用來抑制圓柱布喇格反射器的殘余旁瓣10和無坡度同軸布喇格反射器的殘余旁瓣, 我們同樣也可以采用加窗技術(shù)來抑制加新型坡度的同軸布喇格反射器的殘余旁瓣（residual sid

39、e-lobes）現(xiàn)象11。設(shè)： (5.1) (5.2)式中為窗函數(shù)。常用的窗函數(shù)有漢寧(Hanning) 窗、漢明(Hamming)窗、布拉克曼(Blackman)窗。5.1.1 漢寧(Hanning) 窗漢寧窗是升余弦窗的一種，是由余弦窗改進(jìn)而來，其時域表達(dá)式為： (5.3)其頻率響應(yīng)的幅度函數(shù)為： (5.4)其中，為的傅立葉變換。由于漢寧窗的頻譜是由三個互有頻移的不同幅值的矩形窗函數(shù)相加而成，這樣使其旁瓣大大抵消，從而能量能夠相當(dāng)有效地集中在主瓣內(nèi)，主瓣寬度為。漢寧窗時域和頻域波形圖如圖5.1所示。圖5.1 漢寧窗時域和頻域波形5.1.2 漢明(Hamming)窗漢明窗是漢寧窗的改進(jìn)型，可

40、以得到旁瓣更小的效果，其時域表達(dá)式為： (5.5)其頻率響應(yīng)的幅度函數(shù)為： ，（當(dāng)N1） (5.6)這種改進(jìn)的升余弦窗，能量更加集中在主瓣中，主瓣的能量占99.963%,第一旁瓣的峰值比主瓣小40dB，但主瓣寬度與漢寧窗相同，即。漢明窗時域和頻域波形圖如圖5.2所示。圖5.2 漢明窗時域和頻域波形5.1.3 布拉克曼(Blackman)窗為了進(jìn)一步抑制旁瓣，可再加上余弦的二次諧波分量，得到布拉克曼窗，其時域表達(dá)式為： (5.7)其頻譜的幅度函數(shù)為： (5.8)這樣其幅度函數(shù)由五部分組成，它們都是移位不同，且幅度也不同的函數(shù)，使旁瓣在進(jìn)一步抵消。阻帶衰減進(jìn)一步增加，這樣可以得到更低的旁瓣，但主瓣

41、寬度也得到加寬。布拉克曼窗時域和頻域波形圖如圖5.3所示。圖5.3 布拉克曼窗時域和頻域波形5.2 加窗技術(shù)抑制殘余旁瓣圖5.4給出了分別加載漢寧（Hanning）窗、漢明（Hamming）窗以及布拉克曼（Blackman）窗的效果對比。結(jié)果顯示加載三種窗后頻率響應(yīng)曲線的殘余旁瓣得到有效抑制，而且彼此差別不大，在此我們僅僅研究坡度開槽的同軸布喇格結(jié)構(gòu)加漢明窗的情況。 (5.9)圖5.4分別加載漢寧（Hanning）窗函數(shù)、漢明（Hamming）窗函數(shù)、布拉克曼（Blackman）窗函數(shù)和不加窗的效果比較加窗技術(shù)不僅可以提高布喇格反射器的性能，也可以減少仿真時間。因為用時域求解器求解時，傅立葉變

42、換計算S參數(shù)要求時間信號完全衰減到零，否則就會引入截斷誤差。而布喇格反射器是高諧振器件，時間信號中可能會出現(xiàn)諧振，這使得信號的衰減非常緩慢，需要很長的仿真時間進(jìn)行精確的傅立葉變換，而采用了加窗技術(shù)，在仿真時，瞬態(tài)場衰減到一定程度就會被傅立葉變換正確的截斷而不產(chǎn)生很大的誤差，又可以平滑通帶。從圖5.5可以看到，加窗后能量的衰減非?？?，這樣仿真所需要的時間也大大的減小。圖5.5 加窗后能量衰減比較圖5.6是正圓錐坡度(a)和倒圓錐坡度(b)結(jié)構(gòu)在不同坡度角情況下，加載漢明(Hamming)窗后的效果。結(jié)果進(jìn)一步表明：在新型加坡度方式下的同軸布喇格反射器，無論是正圓錐還是倒圓錐坡度，窗函數(shù)技術(shù)都能有

43、效抑制頻率響應(yīng)曲線的殘余旁瓣現(xiàn)象。(a)(b)圖5.6加載漢明（Hamming）窗函數(shù)后改善了的反射系數(shù)頻率響應(yīng)曲線（a）正圓錐坡度，(b)倒圓錐坡度6 結(jié) 論據(jù)同軸布喇格反射器多模耦合理論,應(yīng)用Frotran軟件理論編程模擬結(jié)果，新型加坡度方式的坡度同軸布喇格反射器具有如下兩個結(jié)論：1. 研究了以高階模工作于THz頻段的正弦波紋同軸布喇格結(jié)構(gòu)在不同開槽情況下帶隙分布特性，發(fā)現(xiàn)不論內(nèi)外導(dǎo)體是否單獨或者同時開槽，過模工作的同軸布喇格結(jié)構(gòu)均可能發(fā)生帶隙的重疊；提出通過設(shè)置內(nèi)外導(dǎo)體波紋的坡度角和加坡度方式來對帶隙的重疊進(jìn)行有效地抑制；并研究了在波紋幅度引入漢明分布后同軸布喇格結(jié)構(gòu)的除殘留旁瓣得到了消除。2. 正圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變窄；具有倒圓錐形坡度的同軸布喇格結(jié)構(gòu)的帶寬隨著所加坡度角的增大而變寬。而且，新型加坡度方式的提出為以后研究坡度對高頻高階耦合模式下的同軸布喇格結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)影響的理論推導(dǎo)提供了必要的理論依據(jù)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：