專利名稱：兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)，屬于物理電子 學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電磁帶隙結(jié)構(gòu)(在光頻領(lǐng)域稱為光子帶隙(Photonic Band Gap)，在微波領(lǐng) 域一般稱為電磁帶隙(Electromagnetic Band G即，EBG))是一種人造周期結(jié) 構(gòu)，能夠在電磁波波長(zhǎng)量級(jí)上制作器件并限制其中電磁波運(yùn)行方向。利用金屬 電磁帶隙結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)諧振腔等功能器件具有非常優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，可以使器件在較大 尺寸上工作在S波段。但現(xiàn)有技術(shù)一般采用EBG缺陷腔體構(gòu)造慢波結(jié)構(gòu)，且要 求金屬格點(diǎn)的直徑/周期比在0.4以下才能保證器件的單模工作狀態(tài)，而較小的 直徑/周期比將會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)工藝上的困難，其Q值也沒(méi)有大直徑/周期比時(shí)高。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波 結(jié)構(gòu)，采用EBG波導(dǎo)構(gòu)成慢波結(jié)構(gòu)，能在較大直徑/周期比下實(shí)現(xiàn)單模工作，有 效的提高了器件的Q值，并能提高器件的耦合阻抗。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬電磁帶隙波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上設(shè)有輸入端口和輸出端口，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)包括腔體，在腔體內(nèi)設(shè)有金屬隔板、電子注通道及金屬柱，其特征在于所述 電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)形狀為S型。本發(fā)明采用的EBG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，沿其倒格矢方向去除金屬柱子，構(gòu)成線缺陷， 在線缺陷的開(kāi)始和結(jié)束處，與金屬板上的通孔相連，在電子注傳播方向上構(gòu)成 改進(jìn)耦合腔式電磁波通道，而在電子注傳播方向的垂直方向上則構(gòu)成S形電磁 帶隙波導(dǎo)。在慢波結(jié)構(gòu)的橫向結(jié)構(gòu)上采用EBG結(jié)構(gòu)，利用EBG結(jié)構(gòu)的限模與選 頻特性，對(duì)電磁波進(jìn)行限模與選頻；在縱向結(jié)構(gòu)上利用金屬隔板構(gòu)造慢波。沿 波導(dǎo)進(jìn)行傳輸?shù)碾姶挪ǎ淇v向傳播速度得到了有效的降低，從而使得電磁波 可以在器件中心與輸入粒子流進(jìn)行高效的能量交換，有效的提高了器件的耦合 阻抗。本發(fā)明的慢波結(jié)構(gòu)在縱向方向上波導(dǎo)結(jié)構(gòu)呈周期性分布，而其電磁波通 道開(kāi)口在縱向呈交叉分布，故稱為交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用S形EBG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了器件在大直徑/周期比下的單模和高 稱合阻抗工作?？诒景l(fā)明利用電磁帶隙結(jié)構(gòu)的周期結(jié)構(gòu)特性，與現(xiàn)有的慢波技術(shù)結(jié)合，利用電 磁帶隙結(jié)構(gòu)構(gòu)造合適的慢波結(jié)構(gòu)，優(yōu)化原有慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗特性。本發(fā)明采用EBG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合盤荷波導(dǎo)構(gòu)成慢波結(jié)構(gòu)(盤荷波導(dǎo)是一種原有 的慢波結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)金屬板間是空氣，金屬板沿電子注傳播方向排列，與電子 注傳播方向垂直)，在相同波段下，結(jié)構(gòu)尺寸比原有慢波結(jié)構(gòu)增大，因此具有更 好的散熱特性；與相同尺寸的原有慢波結(jié)構(gòu)相比，耦合阻抗明顯提高。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。 圖1是本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖2是本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)的頂視剖面圖；圖3是本發(fā)明采用的波導(dǎo)型電磁帶隙結(jié)構(gòu)二維結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明S型EBG波導(dǎo)的線路形成示意圖；圖5是本發(fā)明中電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙計(jì)算區(qū)域示意圖；圖6是本發(fā)明中電磁帶隙結(jié)構(gòu)的帶隙圖；圖7是本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)在直徑/周期比為0. 3時(shí)的基模模場(chǎng)圖； 圖8是本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)在直徑/周期比為0. 3時(shí)的高階模模場(chǎng)圖； 圖9是本發(fā)明在直徑/周期比為0, 3時(shí)的色散曲線和耦合阻抗特性圖； 圖10是本發(fā)明在直徑/周期比為0. 6時(shí)的色散曲線和耦合阻抗特性圖； 圖11是本發(fā)明在直徑/周期比為0. 3時(shí)最低四階模場(chǎng)的色散曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖l、圖2所示，本發(fā)明的兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)包 括金屬電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上設(shè)有輸入端口 1和輸出端口 2， 電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括腔體5，在腔體5內(nèi)設(shè)有金屬隔板6、電子注通道4及金 屬柱31，電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)形狀為S型。腔體5上設(shè)有電子注通道4的 電子注入口 41和電子注出口 42，在金屬隔板6上設(shè)有窗口 61和電磁波通道62。工作時(shí)，電磁波從輸入端口 1進(jìn)入到平面一，沿EBG波導(dǎo)電磁波通道62進(jìn) 行傳輸，再沿平面一與平面二之間的窗口 61進(jìn)入到平面二，窗口 61兼做電磁 波通道和電子注通道的窗口。以此類推，電磁波最終在輸出端口2輸出。這樣， 電磁波在電子注通道4的傳播方向上形成慢波，電磁波與電子注在電子注通道4 中進(jìn)行有效的能量交換，從而實(shí)現(xiàn)波注互作用。圖3是本發(fā)明采用的波導(dǎo)型電磁帶隙結(jié)構(gòu)二維結(jié)構(gòu)示意圖，定義金屬晶格周 期為A，金屬柱直徑為d?？梢郧宄乜闯觯景l(fā)明采用的金屬電磁帶隙波導(dǎo)的 形狀為S型。圖4示出本發(fā)明S型EBG波導(dǎo)的線路形成示意圖。本實(shí)施方式中，每一圈金 屬柱按正六邊形分布排列。設(shè)定開(kāi)始點(diǎn)在第二圈(中間一圈)金屬柱的一個(gè)頂 角(金屬柱A)，去除一條邊上的金屬柱(三個(gè)金屬柱A、 B、 C,包括正六邊形 的兩個(gè)頂點(diǎn))，再去除接著一條邊上的一個(gè)金屬柱D。接著去除第一圈(內(nèi)圈) 金屬柱中與金屬柱D最接近的一個(gè)金屬柱E，且金屬柱D與金屬柱E的連線和金 屬柱C與金屬柱D之間的連線構(gòu)成120度的夾角。去除最中心的金屬柱F (形成 的空心通道即電子注通道)，沿金屬柱E與金屬柱F連線，去除金屬柱G，再去 除位于第二圈金屬柱中的金屬柱H(金屬柱G與金屬柱H的連線和金屬柱F與金 屬柱G之間的連線構(gòu)成120度的夾角)，再去除同樣位于第二圈的金屬柱I (金 屬柱H與金屬柱I的連線和金屬柱G與金屬柱H之間的連線構(gòu)成120度的夾角)， 以金屬柱I為頂點(diǎn)，去除位于第二圈金屬柱中的一條邊(三個(gè)金屬柱I、 J、 K)， 這樣去除金屬柱A K后的空間形成了 S型通道，就構(gòu)成了 S形EBG波導(dǎo)。圖5給出了di.6A時(shí)的帶隙計(jì)算區(qū)域示意圖，其格矢為rM、 rK，夾角成60 度，黑點(diǎn)代表金屬圓柱，完整EBG結(jié)構(gòu)沿rM方向有5排金屬柱，但構(gòu)成波導(dǎo)時(shí) 中間一排的金屬柱沿rK方向已去除，因此圖中共標(biāo)識(shí)出4排金屬柱。 圖6給出了本發(fā)明采用的電磁帶隙結(jié)構(gòu)的帶隙圖。 由圖7、圖8可見(jiàn)，本發(fā)明的模場(chǎng)保持了很好的單模特性。 圖9、圖10給出了直徑/周期比分別為0. 3、 0. 6時(shí)，該結(jié)構(gòu)的基模色散特性 以及耦合阻抗特性。可以看出，其帶寬較窄，但耦合阻抗很高。在圖10所示直 徑/周期比為0.6的情況下，耦合阻抗最低值可以達(dá)到544Q，與傳統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu) 相比，耦合阻抗有了很大的提高。與此同時(shí)，該結(jié)構(gòu)的不同模式，在橫截面上， 與波導(dǎo)傳播方向垂直的方向上始終保持單模特性。因此，該結(jié)構(gòu)的所有模式都 可以用于波注耦合作用，這可以增加其應(yīng)用的頻率范圍。圖11給出了直徑/周 期比為0.3時(shí)本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)最低四個(gè)模式(Model Mode4)的色散曲線。
權(quán)利要求
1.一種兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上設(shè)有輸入端口(1)和輸出端口(2)，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括腔體(5)，在腔體(5)內(nèi)設(shè)有金屬隔板(6)、電子注通道(4)及金屬柱(31)，其特征在于所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)形狀為S型。
2. 如權(quán)利要求1所迷的兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)，其特 征在于所迷腔體(5)上設(shè)有電子注通道(4)的電子注入口 (41)和電子注出 口 (42)，在金屬隔板(6)上設(shè)有窗口 (61)和電磁波通道(62)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種兩維電磁帶隙平面交叉波導(dǎo)周期型慢波結(jié)構(gòu)，包括金屬電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上設(shè)有輸入端口和輸出端口，所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括腔體，在腔體內(nèi)設(shè)有金屬隔板、電子注通道及金屬柱，其特征在于所述電磁帶隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)形狀為S型。本發(fā)明利用EBG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了器件在大直徑/周期比下的單模和高耦合阻抗工作。本發(fā)明采用EBG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合盤荷波導(dǎo)構(gòu)成慢波結(jié)構(gòu)，在相同波段下，結(jié)構(gòu)尺寸比原有慢波結(jié)構(gòu)增大，具有更好的散熱特性；與相同尺寸的原有慢波結(jié)構(gòu)相比，耦合阻抗明顯提高。
文檔編號(hào)H01P3/00GK101242019SQ200810019658
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者孫小菡, 柏寧豐 申請(qǐng)人:東南大學(xué)