等离子体加载的双平板慢波传输线中太赫兹波特性研究

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双平板传输线由于结构简单易于加工成为太赫兹频段一种重要的功能器件。基于双平板波导的慢波结构已被应用真空电子学太赫兹返波管及波导开关中。本文采用理论分析和仿真模拟相结合的办法,研究了等离子体填充的双平板慢波结构的色散特性。本文的主要工作如下:1.分析了双平板传输线中传输的模式,通过comsol3.5a软件研究了双平板传输线中几个低阶的TEm模、TMm模的场分布,其结果与HFSS计算的结果基本一致。2.利用场匹配的方法推导出了双平板矩形栅慢波结构的色散方程,采用数值计算得到了奇模和偶模的几个低阶模的色散曲线,并与模拟得到的结果基本一致。分析了慢波结构的周期长度、槽宽度、槽深度、上下柱的间隙等结构参数和介质的介电常数对色散特性的影响。3.研究了非磁化等离子体填充的双平板矩形栅慢波结构色散特性。随着等离子体密度的增加色散曲线明显上移,由于TM模式的下截止频率上移的速度大于上截止频率上移的速度,导致通带的频率范围减小,色散曲线变平坦。4.研究了磁化等离子体填充平板矩形栅慢波结构的色散特性。分析了磁场平行和垂直传播方向两种情况下,外加磁场的变化对TM模式色散特性的影响。结果表明,当外加磁场平行于传播方向,同一等离子体密度下,随着磁场增加TM模式的色散曲线整体产生一定的频率上移;当外加磁场垂直于传播方向,同一等离子密度下,随着磁场的增加TM模式的色散曲线频移的幅度显著大于磁场平行传播方向的,其物理机理是由于磁场垂直传播方向时,TM模式的电场最强的位置其方向恰好同外加磁场垂直,导致等离子体中电子受到E×B场的影响更大,使得传输波的色散特性发生了显著的变化,磁化等离子体填充双平板慢波结构的这一特性可以通过改变磁场或等离子密度来调控太赫兹波的传播特性。
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