[發明專利]一種同軸TEM-扇形TE-同軸TEM模式變換器

有效

• 申請號: 201810039150.1
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108232375B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 李士鋒;黃華;何琥;劉振幫;戈弋
• 申請（專利權）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權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌;沈強

本發明涉及高功率微波技術領域一種同軸TEM模式變換到扇形TE₁₀再變換到同軸TEM模式的模式變換器。本發明涉及高功率同軸波導模式變換器，將同軸輸出波導中傳播的TEM波通過模式變換器變換到扇形區域傳輸的TE₁₀模式，從而在同軸波導中產生無微波傳輸的區域。無微波傳輸區域具有兩個目的：其一、同軸波導的內導體可以通過無微波傳輸區域與外導體固定裝配在一起，實現同軸波導內外導體的可靠固定。其二、可以在無微波傳輸的部分區域開孔，為高功率微波放大器提供輸入波導的通道。對TEM模式到TE₁₀模式變換器鏡像得到一個TE₁₀模式到TEM模式的變換器。最終兩個模式變換器合二為一實現TEM模式?扇形TE₁₀?TEM模式的變換。

技術領域

本發明涉及的是高功率微波技術領域，尤其是一種同軸TEM-扇形TE₁₀-同軸TEM模式變換器。

背景技術

高功率微波是指峰值功率大于100MW，頻率范圍1GHz-100GHz的電磁波。由于高功率微波技術在眾多領域中有重要的應用前景吸引了國內外研究者的廣泛關注，并得到了快速的發展。高功率微波源的發展尤為迅猛，在相對論速調管放大器(RKA)、相對論返波振蕩器(RBWO)、相對論磁絕緣線振蕩器(RMILO)、相對論磁控管等方面取得了矚目的成果。其中同軸相對論速調管放大器基于同軸結構作為高頻結構的，這類器件中最大的缺點就是內導體懸空，需要在輸出同軸波導中引入兩排支撐桿結構對內外導體進行固定。但是，這種支撐桿僅僅作為器件的固定結構存在。另外同軸結構具有角向對稱特性，無法實現內部空間的利用。為了能夠取代常規的支撐桿結構和發展具有從同軸器件外部到內部的有效通道，提出新的結構是非常必要的，對于豐富同軸相對RKA的輸入腔的激勵技術路線和提高相對論RKA性能巨大的幫助。

發明內容

本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種TEM-扇形TE₁₀-TEM模式變換器的技術方案，本發明具有高的低損耗、寬帶寬、高功率容量等特點，不僅可以替代高功率微波源中的常規同軸支撐桿結構，而且為特殊需求的高功率微波源提供輸入波導的通道。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種同軸TEM-扇形TE₁₀-同軸TEM模式變換器，包括有依次連接的左側同軸波導、左側角向均勻分布短金屬膜片、左側角向均勻分布長金屬膜片、左側準光變換段、左側扇形傳輸通道以及對稱設置的右側同軸波導、右側角向均勻分布短金屬膜片、右側角向均勻分布長金屬膜片、右側準光變換段、右側扇形傳輸通道；左側同軸波導連接高功率微波源的高頻結構；左側角向均勻分布短金屬膜片與左側角向均勻分布長金屬膜片共同作用實現將TEM模式分割為N個扇形TE₁₀模式；左側準光變換段將大角度扇形TE₁₀模式過度到小角度扇形TE₁₀模式；左側扇形傳輸通道連接左準光變換段和右側扇形傳輸通道并傳輸小角度扇形TE₁₀模式；右側扇形傳輸通道連接左側扇形傳輸通道和右側準光變換段并傳輸小角度扇形TE₁₀模式；右側準光變換段將小角度扇形TE₁₀模式過渡到大角度扇形TE₁₀模式；所述右側角向均勻分布短金屬膜片和右側角向均勻分布長金屬膜片再次將大角度的TE₁₀模式分割成N個小的TE₁₀模式，并在膜片最右端直接耦合到同軸波導中的TEM模式；右側同軸波導將變換得到的TEM模式傳輸到輻射系統。

作為本方案的優選：左側同軸波導/右側同軸波導內外半徑分別為Rin和Rout，Rin和Rout滿足關系式(Rout-Rin)λ/2,λ為自由空間的波長；左側同軸波導/右側同軸波導長度L1需要保證整個模式變換器對器件的影響最小，一般為半個波長的整數倍。