[發(fā)明專利]一種高功率微波TE21-TM01模式轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711026386.3
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107749507B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國林;邱永峰;杜廣星;張軍;安晨翔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H01P1/16
• 分類號: H01P1/16
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的過模波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器，尤其是一種工作在高功率水平的基于過模圓波導(dǎo)的TE₂₁?TM₀₁模式轉(zhuǎn)換器，由90°扇形金屬環(huán)陣列、十字形金屬板和過模圓波導(dǎo)組成，組成所述90°扇形金屬環(huán)陣列的每個單元包括兩個90°扇形金屬環(huán)，兩個90°扇形金屬環(huán)緊貼過模圓波導(dǎo)內(nèi)壁，角向間隔180°且關(guān)于過模圓波導(dǎo)軸線中心對稱，每個單元的兩個90°扇形金屬環(huán)按照間隔周期P沿過模圓波導(dǎo)軸線方向周期性地排列過模圓波導(dǎo)內(nèi)；本發(fā)明由于對稱的兩個扇形波導(dǎo)填充了周期性扇形金屬環(huán)，形成慢波結(jié)構(gòu)，可在較短的軸向長度內(nèi)實現(xiàn)相位調(diào)節(jié)，從而使模式轉(zhuǎn)換器總體長度減小，可以應(yīng)用于過模波導(dǎo)TE₂₁?TM₀₁模式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的過模波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器，尤其是一種工作在高功率水平的基于過模圓波導(dǎo)的TE₂₁-TM₀₁模式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

近年來，高功率微波(高功率微波指峰值功率大于100MW或平均功率大于100kW、頻率在1～100GHz之間的電磁波)在眾多領(lǐng)域中的誘人前景引起了許多國家的廣泛關(guān)注和大量研究投入，并已取得極大的技術(shù)進(jìn)步。目前，高功率微波已在能源、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等民用和軍事等領(lǐng)域提出了較多的應(yīng)用。高功率微波的應(yīng)用需求決定了輸出的高功率微波能量必須向某位置集中，然而高功率微波源，特別是在波導(dǎo)過模條件下產(chǎn)生的微波能量往往是分散的，從而使高功率微波模式轉(zhuǎn)換成為必需。

對于存在于過模圓波導(dǎo)高階模式而言(TE_mn或者TM_mn，m≥2)，一般采用模式耦合的方法來進(jìn)行降階處理。

牛新建等人【94GHz回旋管過模波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換與傳輸[J]，強激光與粒子束，2009，V21，No.8，P1207-1210】給出了圓波導(dǎo)Δm＝±1和Δm＝0的耦合原則分別適合軸線微擾、半徑微擾。為抑制其它耦合模式的幅值，提高模式轉(zhuǎn)換效率，常采用以下幾種耦合結(jié)構(gòu)： (a)軸對稱半徑微擾的波導(dǎo)模式變換器，適合Δm＝0形式的模式轉(zhuǎn)換。(b)波導(dǎo)軸線蛇形線微擾的模式變換器，適合Δm＝±1的模式轉(zhuǎn)換。提出了以下方法對轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行提高：對于正弦或余弦變化的模式變換器，其轉(zhuǎn)換效率與壁擾動的初始相位有關(guān)，可由以下3種不同的相位重匹配技術(shù)組合而得到提高。(1)考慮多個寄生模式影響時,主要波動幾何周期的改變；(2)在適當(dāng)位置放置一段直波導(dǎo)作為相位延遲段；(3)沿軸向擾動幅度漸變。采用以上耦合結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的相位重匹配技術(shù),可實現(xiàn)模式的完全轉(zhuǎn)換。利用波導(dǎo)軸線以蛇形線微擾的方法，可實現(xiàn)圓波導(dǎo)TE₀₁-TE₁₁的高效轉(zhuǎn)換，且波動周期N＝6時(模式轉(zhuǎn)換器長度約1.2m)，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)98.6％，帶寬超過5％。

丁敦高等人【一種新型慢波結(jié)構(gòu)TM₀₁-TE₁₁模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)值模擬】提出了一種采用慢波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換的新思路，即通過一塊金屬分隔片將圓波導(dǎo)分為兩個腔，其中一個腔內(nèi)插入慢波結(jié)構(gòu)，使扇形TE₁₁模式在兩腔內(nèi)傳播產(chǎn)生相位差，然后在金屬分隔片尾部形成具有180°相位差的兩扇形TE₁₁模式，最后耦合成圓波導(dǎo)TE₁₁模式輸出。數(shù)值模擬得到的轉(zhuǎn)換器模型尺寸為15.0cm×40.8cm。模擬表明，在工作頻率為1.8GHz時轉(zhuǎn)換效率達(dá)到96％，反射率為0.033,功率容量大于1.7GW。