基于二维可重构光子晶体的小功率微波微等离子体源的研究

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小功率微波微等离子体源具有结构简单、使用寿命长、状态稳定等优点,光子晶体具有带隙以及缺陷态特性。将小功率微波微等离子体与光子晶体相结合可以实现光子晶体的可重构特性。因此对基于二维可重构光子晶体的小功率微波微等离子体源进行研究具有重要的意义。本文首先根据光子晶体理论,利用COMSOL软件研究氧化铝介质柱在空气背景中周期性排列构成的二维光子晶体的带隙特性,分析晶格结构、介质柱形状、介质柱半径以及晶格常数等参数对光子晶体电磁带隙的影响,并利用HFSS软件对二维光子晶体的传输特性进行研究。研究表明,介质圆柱的带隙比介质方柱的带隙范围大,当频率为2.45GHz时,正方晶格光子晶体阵列的S21小于三角晶格光子晶体阵列的S21。其次,基于光子晶体线缺陷理论,研究特定空间中同轴激励下基于二维光子晶体阵列的带隙、波导及谐振等特性。研究表明,优化后的二维光子晶体阵列在2-3GHz频段内的微波功率传输小于5.76%,最小功率传输可达到0.04%;在光子晶体阵列中形成光子晶体波导结构,工作在TM模式,基于介质圆柱的光子晶体等效波导在2.45GHz时S11=-33.47dB;在二维光子晶体波导中形成谐振器结构,其中单介质柱谐振器性能最佳。当谐振频率为2.45GHz时,S11=-33.75dB,品质因数Q为1070。最后,研究2.45GHz微波微等离子体激励后相关参数(等效介电常数、损耗角正切等)变化对光子晶体谐振器谐振特性和传输特性的影响。研究表明,光子晶体谐振器的谐振特性、传输特性随着微波微等离子体等效介质特性的变化而变化,从而验证了光子晶体的可重构性,微波微等离子体激励后传输功率明显减小。这为基于可调光子晶体阵列的小功率微波微等离子体源的研究提供一定的参考。
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