[發(fā)明專利]一種帶中心孔盤荷波導多頻可控模式轉(zhuǎn)換器

在審

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• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107123842A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張運儉;馬弘舸;丁恩燕;趙剛;秦風;林江川;蔡金良;鐘龍權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01P1/16
• 分類號: H01P1/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51214
• 代理人: 詹永斌,沈強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高功率微波模式轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶中心孔盤荷波導多頻可控模式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

多數(shù)高功率微波源具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，它們產(chǎn)生的模式多是旋轉(zhuǎn)軸對稱模式。常見高功率微波源，例如磁絕緣線振蕩器、渡越時間振蕩器、相對論返波管、相對論速調(diào)管的輸出都是軸對稱TEM模式或TM₀₁模式。這些模式的橫向電場呈軸對稱分布，從而導致其遠場軸向輻射為零，即所謂空心波束，該類微波模式不利于高功率微波的定向傳輸與發(fā)射。為了實現(xiàn)定向輻射，通常要將圓波導TM₀₁?；蛲STEM模變換為圓波導TE₁₁模以獲得軸向增益。當前被采用的高功率微波模式變換器基本有以下兩種：彎曲型變換方式和移相型變換方式。彎曲型變換方式中比較有代表性的模式變換器為雙曲型波導模式變換器。移相型變換方式主要包括同軸插板式模式變換器、徑向線型模式變換器及介電介質(zhì)移相器。

對于波導傳輸多頻狀態(tài)下TM₀₁或TEM模式的高功率微波，由于多數(shù)模式轉(zhuǎn)換器具有選頻特性(窄頻)，且結(jié)構(gòu)特點決定某些轉(zhuǎn)換器(雙曲型、徑向線型模式轉(zhuǎn)換器)無法改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，或某些轉(zhuǎn)換器(同軸插板式模式轉(zhuǎn)換器)結(jié)構(gòu)變換較大，無法實現(xiàn)跨頻段多頻點高功率微波模式轉(zhuǎn)換。

從TEM模式和TE₁₁模式的場結(jié)構(gòu)可知，將TEM模式橫截面一半部分的電場反向即可獲得與TE₁₁近似的場分布。因此，考慮將TEM模傳輸波導分割為角度為180度的兩部分，再分別對兩部分施以不同相移，使其產(chǎn)生180度相移即可實現(xiàn)模式變換，即滿足條件(β₁-β₂)·L＝π(β₁，β₂為扇形界面波導相速度，L為模式變換器長度)。

在利用傳輸系統(tǒng)中的電磁場與電子或其他荷電粒子相互作用的裝置或器件中，例如行波放大器，粒子加速器，以及在電磁波與較低速度的波例如聲波或靜磁波相互作用的器件中，為了使相互作用在較長距離和較長時間內(nèi)持續(xù)進行，需要使傳輸系統(tǒng)中的電磁波相速低于空間光速。這種傳輸系統(tǒng)就是慢波系統(tǒng)或慢波結(jié)構(gòu)。完全由光滑的導體壁構(gòu)成的柱形系統(tǒng)中只能傳播快波或TEM波。因為完全齊次邊界條件的系統(tǒng)中橫向只能是駐波，所以全金屬結(jié)構(gòu)的慢波系統(tǒng)器壁不可能是光滑，均勻的。常用皺折表面或稱波紋表面的金屬波導作為慢波結(jié)構(gòu)。這時它們沿縱向不再是均勻結(jié)構(gòu)而是一種周期結(jié)構(gòu)。當皺折的空間周期遠小于導波波長時，可以把皺折表面的系統(tǒng)近似作為均勻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種帶中心孔盤荷波導多頻可控模式轉(zhuǎn)換器，解決了對于波導傳輸多頻狀態(tài)下TM₀₁或TEM模式的高功率微波，由于多數(shù)模式轉(zhuǎn)換器具有選頻特性(窄頻)，且結(jié)構(gòu)特點決定某些轉(zhuǎn)換器(雙曲型、徑向線型模式轉(zhuǎn)換器)無法改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，或某些轉(zhuǎn)換器(同軸插板式模式轉(zhuǎn)換器)結(jié)構(gòu)變換較大，無法實現(xiàn)多頻點依據(jù)低頻至高頻的順序由TEM模式至TE₁₁模式的轉(zhuǎn)換問題，通過金屬平板將同軸圓波導均分為兩部分，一部分填充周期可均勻調(diào)節(jié)的帶中心孔盤荷波導，另一部分為180扇形同軸波導，金屬平板使同軸圓波導內(nèi)頻率為f的TEM模式微波均分為兩部分并各自在對應部分的波導內(nèi)傳輸。經(jīng)距離為mp的傳輸(m為正整數(shù)，p為帶中心孔盤荷波導周期)，兩部分波導傳輸?shù)奈⒉ㄏ辔徊钸_到180度，則實現(xiàn)頻率為f的TEM模式微波轉(zhuǎn)換為TE₁₁模式。