[發明專利]一種三頻段同軸內嵌圓波導蛇彎模式轉換器

有效

• 申請號: 201810853004.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109411851B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 李浩;蔡琛;王克強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P1/16
• 分類號: H01P1/16
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明公開了一種三頻段同軸內嵌圓波導蛇彎模式轉換器，屬于微波技術領域。該模式轉換器為內導體為圓波導形式的蛇彎同軸波導結構，內外波導彎曲軸線相同，且外導體內側沿軸線的橫截面也相同。本發明基于耦合波理論，采取多頻點迭代方法確定內外波導軸向彎曲曲線，最終實現可工作在X、Ku、Ka三個頻段的模式轉換器；具有轉換效率高的優點，各個頻段中心頻率點處最大轉換效率均在97％以上。適用于多波段高功率微波源輸出，滿足了對不同頻段微波的應用需求。

技術領域

本發明屬微波技術領域，涉及一種三頻段同軸內嵌圓波導微波蛇彎模式轉換器。

背景技術

目前，大多數高功率微波源的輸出模式通常采用旋轉對稱模式(如TEM、TM_0n，TE_0n模式)，但此類模式軸向輻射呈不理想的空心圓錐狀，且旁瓣電平高、能量分散、增益低，不利于長距離傳輸，通常利用模式轉換器將其高效轉換為具有軸向最大輻射的TE11模式。

隨著高功率微波(HPM)技術在軍事和民用方面的迅猛發展，功率合成技術逐漸成為拓展HPM軍事應用系統空間攻防、超遠距離作戰能力的重要技術手段，同時也是HPM系統研制中的重要技術環節。但是，單頻段HPM器件受限于波導尺寸和模式競爭以及物理性能和加工工藝的限制，其輻射功率存在上限，并且HPM在應用中需要越來越高的輻射總能量和總功率，因此迫切需要開展HPM多路多頻段共口徑輸出技術的研究。而傳統HPM多頻功率合成鏈路中通常采用多個發射機與天線裝置，并通過多個單頻模式轉換鏈路進行傳輸，導致加工成本高，整個系統結構復雜，大大限制了實際可行性。為了解決該問題，2012年張強等人在《Chinese Physics Letters》期刊的A Dual-Band Coaxial Waveguide Mode Converterfor High-Power Microwave Applications提出了一種雙頻段同軸模式轉換器，該模式轉換器在同軸外波導可實現L波段TEM-TE₁₁的轉換，利用同軸內波導實現C波段TM₀₁-TE₁₁的轉換。但是內外波導幾何中心不在同一軸線上，且輸入輸出端口不同軸，不利于在系統中的集成。同時，該器件僅能工作在頻率較低的波段，無法滿足更高頻段應用的需求。對于三頻段以上的類似問題，未見討論。

發明內容

鑒于以上技術背景存在的問題，本發明提出了一種可同時工作在X、Ku、Ka三個頻段的模式轉換器，并且輸入輸出端口在同一軸線上，對多路多頻段共口徑輸出技術的研究具有重要的參考價值。

本發明采取的技術方案是：一種三頻段同軸內嵌圓波導蛇彎模式轉換器，其特征在于：該模式轉換器為內導體為圓波導形式的蛇彎同軸波導結構，且內外波導彎曲軸線相同。

進一步地，所述三頻段模式轉換器內導體內、外側，以及外導體內側橫截面可為圓形、橢圓形、方形、菱形等形狀。

本發明基于耦合波理論，采取多頻點迭代方法確定內外波導軸向彎曲曲線，最終實現可工作在X、Ku、Ka三個頻段的模式轉換器。

本發明與現有技術相比優點是：

1.適用于多波段高功率微波源輸出，應用范圍廣，該模式轉換器可工作在三個不同的頻段，滿足了對不同頻段微波的應用需求。

2.結構簡單，緊湊性好，輸入端和輸出端在同一條軸線上，便于在工程中應用，通過在同軸波導內嵌入彎曲程度相同的圓波導即可實現三頻段的模式轉換，加工成本低。

3.轉換效率高，各個頻段中心頻率點處最大轉換效率均在97％以上。

附圖說明

圖1為本發明實施例中三頻段模式轉換器側視圖與剖視圖；

圖2為本發明實施例中三頻段模式轉換器輸入端口示意圖；

圖3為本發明實施例中外同軸波導輸入輸出場分布示意圖；