[發明專利]一種適用于TE1,1模回旋行波管的緊湊型過模波導彎頭

在審

• 申請號: 201710281794.7
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107039712A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 吳澤威;張婷;王建勛;蒲友雷;羅勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P1/02
• 分類號: H01P1/02
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于大功率微波傳輸器件領域，具體涉及一種適用于TE_1,1模回旋行波管的緊湊型過模波導彎頭。

背景技術

大功率微波毫米波在遠距離高分辨率雷達、電子回旋諧振加熱、超級干擾機、加速器、精細陶瓷燒結、材料表面處理、等離子體化學等科學研究領域具有廣泛應用。回旋行波管具有高功率、寬頻帶的特點，是微波毫米波頻段上的理想大功率源。TE_1,1模是圓波導基模，選用其作為工作模式，有利于減少器件內模式競爭、提高器件增益，因而是回旋行波管常用的工作模式。根據回旋行波管的工作特性，輸出的TE_1,1模為圓極化狀態。在實際應用中，根據需求的不同，有時需要使用大功率極化器將其轉換為特定極化波束。

在微波傳輸過程中，為了有效引導波束傳播、實現系統的緊湊化布局，需要使用到波導彎頭來改變波束的傳播方向。出于滿足功率源輸出、降低傳輸系統的損耗的要求，傳輸鏈路上的器件包括波導彎頭均為過模器件(即器件的尺寸遠大于工作波長)。過模器件內存在的波導模式豐富，稍微的擾動均會容易激勵起寄生模式，降低傳輸性能。波束轉向會破壞傳輸線的均勻性，容易產生寄生模式。因此，抑制寄生模式的產生，保證輸出波束的極化特性是研制大功率過模波導彎頭的關鍵。目前，實現大功率微波有效轉彎的方式有：基于橢圓波導結構的彎頭、基于圓波導結構的彎頭和斜角彎頭。橢圓結構的波導彎頭在保證單模傳輸的情況下，可以實現寬頻帶高效率的模式傳輸。但是為了保障單模傳輸條件，橢圓波導尺寸較小，功率容量有限，難以實現大功率傳輸。此外，橢圓波導彎頭由于其結構的特殊性，對加工裝配的要求很高。圓波導彎頭引導TE_1,1模轉彎時，容易激勵起TM_0,1模、TE_2,1模等寄生模式。為了提高傳輸效率，需要增大轉彎半徑，從而使得整個器件體積龐大。斜角彎頭通過鏡面反射的方式來實現波束的轉向。為了降低波束在鏡面處的衍射，需要利用模式變換段產生適當比例的混合模式，其到達鏡面中心時束斑最小。斜角彎頭具有傳輸效率高、模式純度高等特點。但是，由于模式轉換段的使用，使得整個轉彎結構體積龐大，不滿足大功率微波系統的緊湊化要求。

發明內容

為了滿足特定應用系統對于發射機系統縱向高度的要求，盡可能地提高大功率毫米波系統的緊湊化程度、傳輸效率和模式純度，本發明提出了一種適用于TE_1,1模回旋行波管的緊湊型過模波導彎頭，該彎頭可以在引導波束高效率轉彎的同時，根據應用需求實現特定極化狀態的波束輸出，并且整個彎頭結構簡單，易于加工。

本發明通過以下技術方案實現：

一種緊湊型的大功率過模微波彎頭，包括90°彎曲矩形波導以及其兩端連接的兩段矩形-圓波導過渡結構，三段結構內部腔體連接處平滑過渡。

所述組成彎頭的三個部件通過凹凸法蘭相接，并在法蘭連接處配有定位銷釘，以保證裝配精度。

所述兩段矩形-圓波導過渡結構為半徑沿軸向從圓漸變為矩形的過渡結構，可以通過線性或非線性的方式來實現，其中作為輸入端的圓波導尺寸由前級微波輸入結構決定，作為輸出端的圓波導尺寸由后續微波傳輸器件的輸入口結構決定。

所述兩段矩形-圓波導過渡結構的長度可以相同，使得波導彎頭結構呈對稱分布。

所述兩段矩形-圓波導過渡結構的長度可以不相同，使得波導彎頭結構呈非對稱分布，根據應用系統需求，調增單邊高度，滿足特定系統的應用。

所述90°彎曲矩形波導采用E面轉彎的結構，即矩形波導的寬邊彎曲而長邊保持為一個平面，以擴大轉彎處內外壁的面積，降低局部場強。

所述90°彎曲矩形波導的長邊a和窄邊b滿足：

P為最大傳輸功率，λ為工作頻率。

所述90°彎曲矩形波導轉彎時的變化曲線為1/4圓弧段。

所述波導彎頭兩端設有凹凸法蘭，方便與傳輸線系統連接。

進一步地，該彎頭設置有冷卻裝置。

所述冷卻裝置包括設置于90°彎曲矩形波導轉彎結構外壁的冷卻槽和帶有進水口和出水口的蓋板組成。蓋板固定于冷卻槽外側，水流從蓋板其中一孔流入，另一孔流出。

本發明結構簡單，可以采用普通銅材或鋁材加工。