[發明專利]過模圓波導TM01

有效

• 申請號: 201710159480.X
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107026299B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 李相強;李曉孟;劉慶想;張健穹
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01P1/02
• 分類號: H01P1/02
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

本發明涉及微波傳輸技術領域，本發明公開了一種過模圓波導TM₀₁模轉彎結構，包括依次相連的輸入圓波導、同軸波導、和輸出圓波導，所述輸入圓波導、輸出圓波導和同軸波導外導體由半徑相同的導管構成，所述輸入圓波導和輸出圓波導與同軸波導同軸，所述同軸波導內導體徑向均勻分布有導體插板，所述導體插板與同軸波導內導體和外導體相連，所述導體插板長度＜同軸波導內導體長度，所述同軸波導內導體兩端分別伸入輸入圓波導和輸出圓波導，所述同軸波導以R為轉彎半徑彎曲θ°；R≥圓波導外徑，0°＜θ＜180°。本發明的有益效果是，結構緊湊，傳輸效率高，功率容量高，適用于高功率微波的轉彎傳輸。

技術領域

本發明涉及微波傳輸技術領域，特別是高功率微波傳輸技術領域，具體涉及一種高功率容量過模圓波導TM₀₁模轉彎結構。

背景技術

隨著微波技術的發展，攜帶更高能量微波的應用日漸增多，并且這種趨勢一直在往更高功率發展。通常微波功率達到kW級別就可以稱為大功率了，達到MW或GW級別一般就稱為高功率了。為了滿足高功率微波在傳輸系統中的傳輸要求，饋線中的各部分結構都應具有更高的功率容量，與此同時，高功率微波系統的小型化發展趨勢又要求傳輸系統具有更小的尺寸，因此，如何在更小的尺寸要求下實現高效率、高功率容量的微波傳輸是應用中亟需解決的困難。微波傳輸中的轉彎結構是微波傳輸系統的重要組成部分，但是由于轉彎結構的存在，轉彎部分通常無法同時滿足高功率容量和小轉彎半徑的要求。圓波導TM₀₁模是高功率微波源的常用輸出模式，由于特定的系統要求，圓波導TM₀₁模的傳輸往往需要用到轉彎結構。

由于同軸TEM模和圓波導TM₀₁模的角向對稱性，使二者有著很好的轉化關系，因此同軸TEM 模也可用來實現圓波導TM₀₁模的轉彎。對于波導轉彎傳輸，國內外有以下的研究：

(1)圓波導TM₀₁轉彎

有學者提出通過選擇合適的圓波導半徑a，轉彎半徑R及轉彎角度θ使輸出口TE₁₁模的幅值近似為0，就可以設計出高效率傳輸TM₀₁模圓轉彎波導10[袁成衛，鐘輝煌，錢寶良.高功率微波轉彎圓波導設計[J].強激光與粒子束，2009,21(2)：255-258]，圓轉彎波導10結構示意圖1所示，可以看成是一根彎曲的金屬導管。該模型在工作頻率10GHz，中心頻點模式傳輸效率為99.7％時，實現90°轉彎所需半徑為530mm，轉彎半徑很大。

學者丁艷鋒等提出了采用過模圓波導在轉彎之前轉換為半圓波導，利用半圓波導單模轉彎，并最終合成為圓波導TM₀₁模的結構[丁艷峰,劉慶想,張健穹.過模圓轉彎波導的設計與實驗[J].強激光與粒束,2011,08:2135-2140]。在轉彎部分該模型必須要滿足半圓波導的單模傳輸條件，因此模型的功率容量也無法進一步提升，且頻率越高，功率容量的上限也就越低。

(2)同軸轉彎波導

學者劉慶想教授，張健穹博士等提出了在同軸波導轉彎處采用單模波導的形式實現同軸波導轉彎[張健穹，劉慶想，趙柳，李相強.同軸轉彎波導的設計與實驗研究[J].強激光與粒子束，2010,22(5)：1085-1088]，該模型在轉彎處使用同軸TEM的單模傳輸，限制了模型尺寸的同時限制了模型的功率容量。

學者Jan Van Hese,Daniel De Zutter設計了一種方同軸轉彎波導[Jan VanHese,Daniel De Zutter.Modeling of Discontinuities in General CoaxialWaveguide Structures by the FDTD-Method[J].IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques.1995,43(3):582-59]，該模型的單模傳輸條件限制了轉彎部分同軸波導的大小，因此其功率容量也就相對較小。