一種高功率微波TE₃₁-TE₁₁模式轉換器的制造方法

一種高功率微波TE₃₁-TE₁₁模式轉換器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高功率微波TE31?TE11模式轉換器，包括外筒和內筒，所述外筒一端面開口另一端面密封，所述外筒的密封端面上設置有一個通孔，所述內筒嵌入在外筒密封端上的通孔內，通孔的直徑與內筒的外徑一致，所述內筒與外筒同軸設置，所述內筒的壁面沿著軸線方向設置有若干耦合縫隙，所述外筒的內壁上設置有兩根調諧桿，調諧桿分別位于內筒的兩側；本發明基于場耦合原理，通過鏡像對稱的耦合縫隙，巧妙地將TE31模式直接高效率的轉換為TE11模式，該發明公布的模式轉換器具有結構簡單、易于加工、體積緊湊的優點，可在多種采用磁控管作為微波源的高功率微波系統中得到廣泛應用。
【專利說明】
一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器
技術領域
[0001]本發明屬于高功率微波天饋技術領域，具體是指一種新型的可將相對論磁控管或其他高功率微波器件輸出的圓波導TE31模高功率微波轉換為圓波導TE11模式的轉換器。
【背景技術】
[0002]高功率微波是指(High-Power Microwave，HPM)是強電磁脈沖的一種，其頻率范圍為300MHz?300GHz、峰值功率高于100MW，具有高頻率、短脈沖(幾十納秒)和高功率等特點。相對論磁控管是用于產生高功率微波的一種常見器件，由于它結構簡單、牢固、工作可靠性高，具有高效率與重復脈沖工作的潛力，同時也具有多管鎖相工作路合成得到更大功率高功率微波的可能性，因而受到了以應用為主要目標的科技工作者的高度重視。美國、俄羅斯、英國和其它國家的科學家們對相對論磁控管進行了長期的研究。為了實現高效輸出，通常采用衍射輸出方式將高功率微波以圓波導TE31模式輸出，由于圓波導TE31模的輻射方向圖為分裂的六個瓣狀波束，非常不利于實際應用，因此需將其轉換為能定向輻射的圓波導TE11模式。而目前高功率微波領域采用的插板移相式模式轉換器和彎曲圓波導式模式轉換器均不適合在較緊湊體積內實現TE31模式到TE11模式的轉換。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，可直接將圓波導內的TE31模式在很緊湊的體積內轉換為可定向輻射的TE11模式，提升高功率微波系統的緊湊程度和天線窗的功率容量。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，包括外筒和內筒，
所述外筒一端面開口另一端面密封，所述外筒的密封端面上設置有一個通孔，所述內筒嵌入在外筒密封端上的通孔內，通孔的直徑與內筒的外徑一致，所述內筒與外筒同軸設置，
所述內筒一端面開口另一端面密封，內筒的密封端面對應外筒的開口端面，內筒的開口端面延伸到外筒密封端面外，
所述內筒的壁面沿著軸線方向設置有若干耦合縫隙，
所述外筒的內壁上設置有兩根調諧桿，調諧桿分別位于內筒的兩側，
所述外筒為TE31模式傳輸段，所述設置在外筒內的內筒為TE11模式傳輸段，
所述內筒與外筒之間的空間為密封真空。
[0005]在上述技術方案中，所述內筒表面設置的若干耦合縫隙分為兩組，兩組耦合縫隙沿著內筒的軸線呈中心對稱設置。
[0006]在上述技術方案中，所述每一個耦合縫隙的長度一致，均為工作波長的的0.4倍至
0.5倍之間。
[0007]在上述技術方案中，所述每一個耦合縫隙的邊緣均為光滑弧形的圓角。
[0008]在上述技術方案中，內筒的密封端面的邊緣到內筒壁面之間為光滑弧形的圓角。
[0009]在上述技術方案中，所述兩根調諧桿位于內筒上的耦合縫隙的兩側。
[0010]在上述技術方案中，所述兩根調諧桿對稱設置在內筒上的耦合縫隙兩側。
[0011 ]在上述技術方案中，所述兩根調諧桿平行設置。
[0012]在上述技術方案中，所述外筒整體為圓筒結構，開口端設置有法蘭定位盤，密封端為內收的倒角錐筒。
[0013]在上述技術方案中，所述倒角錐筒的端面上內嵌內筒。
[0014]本發明的工作原理:所述模式轉換器大端與輸出高功率微波模式為TE31模的相對論器件連接，小端與饋入模式為TEn模的定向福射天線連接，TE31模的高功率微波經所述了巧工模式傳輸段傳輸到達所述耦合縫隙時，在耦合縫隙的側柱面上產生表面電流，由于縫隙位置的合理布置，感應電流被縫隙切割繞流，從而在縫隙上形成磁偶極子，并將高功率微波能量耦合進入所述TE11模式傳輸段，由于左右兩邊縫隙感應的電場方向相反，因此在TE11模式傳輸段中合成了TE11模式高功率微波并輸出。
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
本發明的新型TE31-TEn模式轉換器結構簡單、易于制造、工作頻帶寬，非常適合作為采用相對論磁控管的緊湊型高功率微波系統模式轉變部件，可廣泛應用于高功率微波發射系統、超大功率雷達發射系統等領域。
【附圖說明】
[0016]本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明內筒的結構示意圖；
圖3是本發明模式轉換器端口散射系數曲線；
其中I是TE31模式傳輸段；2是耦合縫隙；3是TE11模式傳輸段；4a、4b是兩個調諧桿。
【具體實施方式】
[0017]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0018]如圖1所示，本發明的結構由TE31模式傳輸段、耦合縫筒、TEn模式傳輸段和兩個調諧桿共四個部分構成，親合縫筒嵌入在TE31模式傳輸端中，且共軸安裝。所述TE31模式傳輸段用于與相對論高功率微波器件的輸出口連接，傳輸饋入的TE31模式高功率微波;所述耦合縫隙，結構如圖2所示，整體為一端開口的圓筒結構，在封閉一端有倒角，側面上有八個縱向長條縫隙，縫隙長度約為工作波長的二分之一，用于耦合TE31模式的高功率微波與TE11模式，八個縫隙左右鏡像對稱、上下鏡像對稱，縫隙邊緣導圓角以降低電場強度;所述TE11模式傳輸段用于與高功率天線的饋入端連接，將經轉換得到的TE31模式高功率微波饋送入高功率微波輻射天線;所述調諧桿位于耦合縫隙的兩側，每側各一根、且對稱平行設置，用于TE31模式饋入端口的反射系數匹配調諧，并可抑制高階模式的產生與反射。
[0019]按上述發明方案設計了一款工作頻率為1.58GHz的高功率微波TE31-TEn模式轉換器，其中所有部件采用無磁不銹鋼制造，TE31模式傳輸段內徑為332mm，TEn模式傳輸段內徑為166mm，縫隙筒外徑為216mm，縫寬28mm、長120mm，A、B兩個縫隙排布角度分別為45.6°和13.6° (與X軸夾角)，其余與縫隙A、B呈鏡像對稱關系，從全電磁波仿真得到的模式轉換器金屬內壁場分布，可以看到從大端注入的TE31模微波成功轉換為了高純度的TE11模微波并從小端輸出，圖3為端口 S參數曲線，可以看到，在工作頻率1.58GHz處，模式轉換效率大于99%，轉換效率高于95%的百分比帶寬大于10%。
[0020]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于包括外筒和內筒， 所述外筒一端面開口另一端面密封，所述外筒的密封端面上設置有一個通孔，所述內筒嵌入在外筒密封端上的通孔內，通孔的直徑與內筒的外徑一致，所述內筒與外筒同軸設置， 所述內筒一端面開口另一端面密封，內筒的密封端面對應外筒的開口端面，內筒的開口端面延伸到外筒密封端面外， 所述內筒的壁面沿著軸線方向設置有若干耦合縫隙， 所述外筒的內壁上設置有兩根調諧桿，調諧桿分別位于內筒的兩側， 所述外筒為TE31模式傳輸段，所述設置在外筒內的內筒為TE11模式傳輸段， 所述內筒與外筒之間的空間為密封真空。2.根據權利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述內筒表面設置的若干耦合縫隙分為兩組，兩組耦合縫隙沿著內筒的軸線呈中心對稱設置。3.根據權利要求2所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述每一個耦合縫隙的長度一致，均為工作波長的0.4倍至0.5倍之間。4.根據權利要求3所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述每一個耦合縫隙的邊緣均為光滑弧形的圓角。5.根據權利要求1?4所述的任一一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于內筒的密封端面的邊緣到內筒壁面之間為光滑弧形的圓角。6.根據權利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述兩根調諧桿位于內筒上的耦合縫隙的兩側。7.根據權利要求6所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述兩根調諧桿對稱設置在內筒上的耦合縫隙兩側。8.根據權利要求7所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述兩根調諧桿平行設置。9.根據權利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉換器，其特征在于所述外筒整體為圓筒結構，開口端設置有法蘭定位盤，密封端為內收的倒角錐筒。10.根據權利要求9所述的一種高功率微波TE31-TEn模式轉換器，其特征在于所述倒角錐筒的端面上內嵌內筒。
【文檔編號】H01P1/16GK105846016SQ201610229476
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】徐剛, 王冬, 馬弘舸, 陳世韜, 施美友, 謝平
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所