微波无源器件模式转换器1 一种使用高度形变圆波导的宽带圆TE10模式转换器

LoveSummer3

于 2024-10-29 16:00:37 发布

阅读量1.2k

点赞数 26

分类专栏：微波器件文章标签：波导硬件工程电磁理论激励器

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_45245770/article/details/142987536

版权

摘要：

一种使用高度形变圆波导的提升圆TE01模式转换器的工作带宽的方法被提出了。调研了形变对于场分布和模式频谱的影响，并且推断了在TE01模式和不期望模式之间的最大频谱间隔。根据分析，一种使用高度形变圆波导的Ka波段圆TE01模式转换器被设计，制造并实测了。结果显示单模转换器的转换器的转换效率高于89.1%,反射优于-20dB，并且模式纯度在40.35%的相对带宽内达到了98.7%。角度独立的传输证明了高的模式纯度并且TE01模式的通过近场方向图测试证实了。模式转换器有着宽带宽，高模式纯度和紧凑性的优点，其可以用于回旋行波管器件和高功率传输新设备的冷测实验。

索引词：

宽带，圆TE01模式，回旋行波管，高度形变圆波导，模式转换器，模式纯度

简介：

回旋行波管被证明是微波和毫米波应用的有用辐射源的其中之一。其由于其显著的特点包括高效率，显著的(suntantial)输出功率个可延展的带宽而具有辨识度。其广泛应用横跨多个领域例如高分辨率雷达，电子对抗和等离子体诊断(diagnosis)。圆TE01模式通常用作回旋行波管的工作模式由于其在圆波导中的低欧姆损耗，其允许功率源工作在潜在的高的平均功率。此外，其在壁和中心半路的环绕(circumferential)电场分布图的最大值提供了对于电子束的理想放置。在发展回旋行波管的过程中，验证例如互连电路和优于管子级联的输出窗和热测的关键器件的性能变得至关重要(imperative)。此外，TE01模式转换器对于波导传输器件例如锥形和斜接(miter)弯头(bend)的研究具有期望因为其低损耗。因此，很有必要把矩形TE10模式转换为源TE01模式用于冷测目的。TE01模式转化器应该有着宽带宽，高模式纯度和低传输损耗的特点。

许多技术被提出把矩形TE10模式转换为圆TE01模式。三个主要类型模转被用于实现以上转换，使用耦合槽的同轴腔体，同线耦合结构和边壁耦合结构。第一种类型是基于谐振同轴模式生成并通过槽耦合到CW的同轴腔体。其在回旋行波管种作为一个输入耦合器来生成工作的圆TE01模式。一个已提出的TE01模式转换器在47.2到48.8GHz内分别实现了低于0.2dB的插损损耗和低于-15dbdB的回波损耗。Marie转换器代表了一个典型的线内耦合结构，通过最初把矩形TE10模式转换为TE20模式来工作，通过这样在转换为圆TE01模式。当这个结构提供一个宽带宽，对于在此的模式转换部分对于此类型模式转换器的延展长度包括结构紧凑性并导致插损的增加。一个增强型的Marie转换器，基于两路H-T结功分器，在太赫兹频段实现了56.7GHz的带宽实现了1dB带宽。对于边耦合结构，主要波导有着在边壁的耦合结构和在一个末端的截止结构。根据场矢量叠加理论，有着通过90度顺序和同相幅度电场方向的圆TE10模式使用功分器到达相同距离的边耦结构。此模式转换器，使用了一个边壁耦合结构，没有复杂的结构却消除了寄生模式，因此提升了(boost)模式转换效率。由Yu和Chang提出的传统的有着两个连接到光滑的CW级联Y型结的经典TE01模式转换器。在[30]中，一个在Q波段实现一个十字型波导的TE01模式转换器证明了18%的1dB传输带宽。这样的模式转换器通常显示了限制的带宽，通常没达到20%，其对于发展宽带回旋行波管和高功率波导传输设备保持低效。0

在本文中，一个对于宽带圆TE01模式转换器的设计方法被提出了。为了宽频带内寄生模式的生成，引入了高度形变圆波导。在高度形变圆波导的本征模特性被理论分析了。此分析揭示高度形变圆波导能够改变在类TE01的寄生模式之间的模式间隔，其提供了实现宽带TE01模式的生成的可能性。因此(consequently)，一个使用此波导结构的圆TE01模式转换器被设计，制造和实测了。本文的架构如下:第二部分给出了包括场分布和模式间隔的高度形变圆波导的特性分析。在工作模式和不期望模式之间的最大模式频谱间隔的实现被获得了。每个部分的仿真结果和由它们装配的圆TE01模式转换器被示意在第三部分。第四部分致力于(be devoted to)模式转换器的制造和实测结果。背对背测试和近场测试被实施了来证明TE01模式的高纯度输出和场分布。最终，第五部分做了一个简要的总结。