一种直角转弯圆波导模式转换器设计

作者:梁源;刘庆想;张健穹;李相强; 刊名:强激光与粒子束 上传者:王乐

【摘要】设计了一种尺寸紧凑并具有高功率容量的圆波导TE_(11)-TM_(01)模式转换器,结构呈直角转弯形状。该转换器利用传输TE_(11)模式的圆波导与其E面分支耦合进行模式转换,并在TM_(01)输出端口的反向传输短路面加入调配螺钉来拓宽频带。设计结果表明,转换器在工作频率12.7GHz处的转换效率为99.6%,大于90%的带宽约20%,填充SF6绝缘气体工作时可获得12 MW的功率容量。

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083005-1  第30卷第8期 强激光与粒子束 Vol.30,No.8   2018年8月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS  Aug. ,2018  一种直角转弯圆波导模式转换器设计* 梁 源, 刘庆想, 张健穹, 李相强 (西南交通大学 物理科学与技术学院,成都610031)   摘 要: 设计了一种尺寸紧凑并具有高功率容量的圆波导TE11-TM01模式转换器,结构呈直角转弯形 状。该转换器利用传输TE11模式的圆波导与其 E 面分支耦合进行模式转换,并在 TM01输出端口的反向传输 短路面加入调配螺钉来拓宽频带。设计结果表明,转换器在工作频率12.7GHz处的转换效率为99.6%,大于 90%的带宽约20%,填充SF6 绝缘气体工作时可获得12MW 的功率容量。   关键词: 高功率微波; 模式转换; 紧凑; 圆波导   中图分类号: TN814    文献标志码: A  doi:10.11884/HPLPB201830.180074   微波系统中常常需要使用到模式转换器以满足特定的传输需求,可见使用于某些微波源的输出转换或天线的馈电,将输入某种模式的微波转换成所需要的模式输出。对模式转换器来说,一般比较注重其匹配性、转换效率等指标。特别地,在高功率微波的应用环境下,其应具有较高的功率容量。随着高功率微波技术的发展,其对模式转换器的设计要求也同样提高了。圆波导中 TE11模式与 TM01模式互相转换是较为重要的一种转换应用,有多种不同特点的转换方法。例如使用周期微扰的转弯波导[ 1-2]功率容量高,但会占用较多的空间;或使用介质等材料以改变圆波导内某些区域的微波传播常数,而这种方法容易存在损耗大和功率容量偏低的 问题[ 3-6];也可在圆波导内加入插板结构[ 7-8],但将增大器件的复杂程度,带宽变窄。为此,本文对一种紧凑的 TE11-TM01圆波导模式转换器进行研究,其结构简单,具有良好的功率容量和转换带宽。 1 分析与设计 1.1 转换方式   根据导波理论,高功率圆波导模式的转换与所设计的转换结构紧密联系,同时应使用可允许的大直径圆波导来实现较高的功率容量。本文研究的模式转换器基于正交圆波导中所涉及的两种微波模式在场分量上的联系,并配合波导反向延长短路段实现匹配、模式转换和单路输出。模式转换器的结构如图1和图2所示,在图1中,转换器由一段被标记为 A的传输 TE11模式的波导、一段被标记为B的传输 TM01模式的波导以及含有调配螺钉的短路段C共三个部分组成,微波由port 1输入。该转换器的微波传输路径呈直角转弯结构,两正交圆波 导交汇处是模式的转换区域。分别对区域 A, B用虚线作出四组正交的剖面(简称 CS ),其中 CS 1, CS 2 平行于 yz 平面, CS 3, CS 4 平行于 xy 平面。一般地,为了描述电磁场转换的关系,对传输方向正交的微波模式对比时 使用直角坐标分析比较方便,但在直角坐标下求解圆波导的模式较为困难。将区域 A 与 B剖面上的电场 与磁场给出于图3 ,在其分图( a),( b)中,TE11模式微波的电场分布在经过波导的 E 面直角转弯90°转向后与 Fig.1 3-D diagram of the proposed mode converter图1 转换器三维透视图 Fig.2 Profile of the mode converter图 转换器剖面图 * 收稿日期:2018-03-16;  修订日期:2018-04-26 基金项目:中央高校基本科研业务费

参考文献

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