[實(shí)用新型]一種毫米波多頻多模模式激勵(lì)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201621232425.6
• 申請(qǐng)日: 2016-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207165721U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王虎;劉英和;張浩;柴旭;周忠海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01P1/16
• 分類(lèi)號(hào): H01P1/16
• 代理公司: 青島華慧澤專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)37247
• 代理人: 馬千會(huì),袁紅紅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于真空電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種波導(dǎo)模式激勵(lì)裝置。

背景技術(shù)

回旋振蕩管在毫米波段具有高功率、長(zhǎng)脈沖、連續(xù)波輸出等優(yōu)點(diǎn)，在毫米波雷達(dá)、受控?zé)岷司圩兊牡入x子體加熱、材料處理和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著超導(dǎo)磁場(chǎng)技術(shù)的進(jìn)步，回旋振蕩管可以實(shí)現(xiàn)頻率階躍調(diào)諧。該項(xiàng)技術(shù)的突破可提高等離子體加熱進(jìn)程的可調(diào)節(jié)性，顯著降低加熱裝置的研制和生產(chǎn)成本。回旋振蕩管采用的高階工作模式需要經(jīng)過(guò)準(zhǔn)光模式變換裝置變換為便于傳輸或直接利用的低階模式。頻率階躍調(diào)諧回旋振蕩管要求其中的準(zhǔn)光模式變換器能夠工作于多個(gè)頻點(diǎn)，并保證與頻率對(duì)應(yīng)的多個(gè)模式均實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換。準(zhǔn)光模式變換裝置在安裝前需進(jìn)行冷測(cè)實(shí)驗(yàn)，而冷測(cè)實(shí)驗(yàn)中需要激勵(lì)高純度的圓極化高階模式TE_mn作為待測(cè)器件的輸入信號(hào)。

激勵(lì)圓極化高階TE_mn模式的方法主要有波導(dǎo)腔體激勵(lì)法和準(zhǔn)光學(xué)激勵(lì)法。波導(dǎo)腔體激勵(lì)法是指采用波導(dǎo)腔體或者探針直接激勵(lì)，用波導(dǎo)變形引起模式變換，將輸入的低階模式變換為高階模式。但是，不規(guī)則波導(dǎo)腔體的加工難度大，模式純度較低，頻帶范圍窄，尤其是由TE₁₁變換為T(mén)E_22,6、TE_28,8、TE_34,17等極高階模式時(shí)，需要多個(gè)模式變換序列，導(dǎo)致器件的軸向尺寸急劇增加。準(zhǔn)光學(xué)激勵(lì)法是先將輸入模式通過(guò)天線系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)平面高斯波束，利用反射鏡的聚焦特性將高斯波束耦合至諧振腔，從而激勵(lì)起高階旋轉(zhuǎn)TE_mn模式。但是傳統(tǒng)的準(zhǔn)光學(xué)激勵(lì)法利用多個(gè)反射鏡面將波束耦合至諧振腔，不但系統(tǒng)復(fù)雜，裝配對(duì)準(zhǔn)困難，能力損失大，而且僅適用于單一頻率，系統(tǒng)構(gòu)成缺乏靈活性，沒(méi)有充分發(fā)揮準(zhǔn)光學(xué)方法的寬頻帶優(yōu)勢(shì)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足及問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種毫米波多頻多模模式激勵(lì)裝置，利用一套器件即可實(shí)現(xiàn)工作頻帶內(nèi)多個(gè)工作頻率下激勵(lì)出多個(gè)工作模式的目標(biāo)，可作為頻率可調(diào)諧回旋振蕩管中準(zhǔn)光模式變換裝置冷測(cè)實(shí)驗(yàn)的信號(hào)源。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種毫米波多頻多模模式激勵(lì)裝置，包括：

一個(gè)圓波導(dǎo)波紋喇叭天線，用于產(chǎn)生HE₁₁模式；

一個(gè)平-凸面介質(zhì)透鏡，用于將HE₁₁模式變換為T(mén)EM₀₀模式；

一個(gè)準(zhǔn)拋物柱面反射鏡，用于將入射的TEM₀₀模式的電磁波匯聚到準(zhǔn)拋物柱面的焦點(diǎn)；

一個(gè)側(cè)壁開(kāi)孔的同軸諧振腔，用于產(chǎn)生圓極化的高階模式，并抑制其他雜模；

圓波導(dǎo)波紋喇叭天線與平-凸面介質(zhì)透鏡共線，準(zhǔn)拋物柱面反射鏡的焦點(diǎn)位于同軸諧振腔的焦散面上，同軸諧振腔水平放置，其軸線與圓波導(dǎo)波紋喇叭天線的軸線異面垂直。

所述的圓波導(dǎo)波紋喇叭天線包括圓波導(dǎo)輸入段、模式變換段以及錐形漸變波紋輻射段，波紋喇叭的輸入為圓波導(dǎo)TE₁₁模式，通過(guò)模式變換段產(chǎn)生TE₁₁和TM₁₁的混合模式HE₁₁，錐形漸變段用于抑制雜模，并產(chǎn)生寬頻帶的電磁輻射；圓波導(dǎo)波紋喇叭天線由工字型支架固定于平臺(tái)上。

平-凸面介質(zhì)透鏡材質(zhì)為聚四氟乙烯，介質(zhì)折射率為1.35，透鏡的照明面為凸面，陰暗面為平面。透鏡的焦點(diǎn)與波紋喇叭天線的相位中心重合，由透鏡支架固定于平臺(tái)上。

準(zhǔn)拋物柱面反射鏡在垂直方向?yàn)闇?zhǔn)拋物面，在水平方向?yàn)楣饣妫漭喞匠逃傻裙獬淘泶_定。反射鏡的固定裝置為一個(gè)方向可調(diào)節(jié)的支架，用于調(diào)整反射鏡的焦點(diǎn)位置。

側(cè)壁開(kāi)孔的同軸諧振腔采用三段式結(jié)構(gòu)：截止段、均勻段和輸出段；截止段采用半徑減小的波導(dǎo)使工作模式截止，輸出段采用半徑增大的波導(dǎo)形成輻射輸出，中間的均勻段為同軸諧振腔的主體部分。

所述的同軸諧振腔由內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體組成，內(nèi)、外導(dǎo)體半徑根據(jù)所需激勵(lì)的模式和工作頻率共同確定，同軸諧振腔的左側(cè)通過(guò)盲法蘭封閉，外導(dǎo)體由槽型支架固定于平臺(tái)上。

同軸諧振腔外導(dǎo)體側(cè)壁上的電磁能量耦合結(jié)構(gòu)由m×n個(gè)圓形孔構(gòu)成，其中m為圓周方向孔陣列的行數(shù)，n為波導(dǎo)軸向孔陣列的行數(shù)，孔的半徑為0.5mm，孔的角向間距15°，孔的軸向間距1.2mm。

所述的圓波導(dǎo)波紋喇叭天線、準(zhǔn)拋物柱面反射鏡、同軸諧振腔由以下材料之一制備而成：無(wú)氧銅、鋁或黃銅。