[發明專利]一種雙頻大功率過模波導彎頭

有效

• 申請號: 201710847170.7
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107611528B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 吳澤威;廖校毅;王建勛;徐勇;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: 吳姍霖

本發明公開了一種雙頻大功率過模波導彎頭，屬于微波毫米波技術領域。該彎頭包括90度彎曲橢圓波導、以及設置于其兩端的輸入端過渡結構、輸出端過渡結構；所述波導彎頭內壁光滑過渡。由于具有模式選擇特性，可在不同頻段選擇不同的工作模式，實現雙頻工作。本發明還具有結構簡單且對稱，便于加工裝配；寬帶效率高，特別是對TE₁₁模式有極寬的帶寬；橫截面尺寸大，功率容量高等優點。

技術領域

本發明屬于微波毫米波技術領域，具體涉及到一種大功率微波過模波導彎頭。

背景技術

為提高在復雜環境中的可靠性和精度，現代先進雷達、電子干擾機等多采用多頻帶工作模式。回旋行波管具有高峰值功率、寬頻帶、高效率等特點，是大功率微波毫米波器件主要的功率源。雙頻回旋行波管對于發展先進的大功率微波系統具有重要意義。2012年臺灣澎湖理工大學的Chien-Lun Hung等人設計了Ka/V波段的雙頻回旋行波管，其工作模式為TE₂₁模和TE₄₁模。理論結果表明：峰值功率分別可為375kW/150kW。2014年電子科技大學的唐勇等人設計了工作于Ka/Ku波段，輸出為TE₀₁/TE₁₁模式的回旋行波管。在工作頻段上，均能實現峰值功率都大于100kW的微波輸出。為了將雙頻回旋行波管的輸出微波能量高效傳送到天饋系統中，實現對外輻射，必需開展雙頻大功率傳輸鏈路的研制，以減少鏈路的復雜度，提高系統的緊湊性，降低成本。

在引導大功率電磁波向前傳播的過程中，出于系統體積限制或應用需求等原因，不可避免地要使用波導彎頭來引導電磁波轉向。為了避免發生擊穿和降低傳輸損耗，大功率微波傳輸器件都采用過模波導結構。較基模波導而言，過模波導模式數豐富，邊界的擾動容易導致內部發生模式耦合。在波導發生轉彎時，由于邊界的改變容易激勵起寄生模式，從而降低傳輸模式純度。因此，在工程應用中，大功率波導彎頭的難點在于如何有效地抑制寄生模式的產生。

常用的波導彎頭結構有變曲率圓波導彎頭、斜角彎頭、橢圓波導彎頭等。變曲率圓波導彎頭結構簡單，但帶寬極窄，傳輸效率大于95％的帶寬約為1％。斜角彎頭由相移段、模式發生段和反射鏡面組成，具有高功率容量、高效率等優點。但是斜角彎頭的傳輸效率在偏離中心頻點后會急劇下降，工作帶寬較窄。橢圓波導彎頭是一種結構簡單、易于加工的彎頭結構。較其他兩種轉彎方式不同的是，橢圓波導彎頭雖然最大傳輸效率較低，但是在相同的傳輸效率的情況下工作頻帶更寬。A.A.Vikharev等人設計了一種Ka波段橢圓波導轉彎結構(具體見文獻“NewTE01 Waveguide Bends”，Journal of Infrared,Millimeter,andTerahertz Waves,2009,30(6):556-565.)，傳輸效率大于95％的絕對帶寬超過10％，整個結構的長度僅為250mm。但是其結構的波導橫截面的尺寸較小，工作頻率幾乎接近于截止頻率，這使得這種結構的轉彎方式難以實現大功率傳輸。

發明內容

針對背景技術中所介紹的彎頭結構只適用于單模傳輸的情況，本發明提出了一種雙頻大功率過模波導彎頭，可在Ka/Ku頻段上分別實現TE₀₁和TE₁₁模式的高效帶傳輸。

本發明的技術方案是：一種雙頻大功率過模波導彎頭，包括90度彎曲橢圓波導、以及設置于其兩端的輸入端過渡結構、輸出端過渡結構；所述波導彎頭內壁光滑過渡。

所述輸入端過渡結構，包括依次設置的第一過渡段、第一移相段、第二過渡段、第二移相段，其中過渡段均為線性過渡。為了消除可能存在的諧振，在兩個過渡段后面分別放置了均勻波導作為移相段。

所述第一過渡段為圓-橢圓過渡波導，將前級輸入圓波導過渡為第一移相段。

所述第一移相段為橢圓波導，且長軸與90度彎曲橢圓波導長軸相同、短軸為90彎曲橢圓波導短軸1.05-1.1倍。