一種高功率微波TE₃₁-TE₁₁模式轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率微波TE31?TE11模式轉(zhuǎn)換器，包括外筒和內(nèi)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(shè)置有一個通孔，所述內(nèi)筒嵌入在外筒密封端上的通孔內(nèi)，通孔的直徑與內(nèi)筒的外徑一致，所述內(nèi)筒與外筒同軸設(shè)置，所述內(nèi)筒的壁面沿著軸線方向設(shè)置有若干耦合縫隙，所述外筒的內(nèi)壁上設(shè)置有兩根調(diào)諧桿，調(diào)諧桿分別位于內(nèi)筒的兩側(cè)；本發(fā)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(zhuǎn)換為TE11模式，該發(fā)明公布的模式轉(zhuǎn)換器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、體積緊湊的優(yōu)點(diǎn)，可在多種采用磁控管作為微波源的高功率微波系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
【專利說明】
一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高功率微波天饋技術(shù)領(lǐng)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(dǎo)TE31模高功率微波轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)TE11模式的轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率微波是指(High-Power Microwave，HPM)是強(qiáng)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(diǎn)。相對論磁控管是用于產(chǎn)生高功率微波的一種常見器件，由于它結(jié)構(gòu)簡單、牢固、工作可靠性高，具有高效率與重復(fù)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(yīng)用為主要目標(biāo)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(xué)家們對相對論磁控管進(jìn)行了長期的研究。為了實(shí)現(xiàn)高效輸出，通常采用衍射輸出方式將高功率微波以圓波導(dǎo)TE31模式輸出，由于圓波導(dǎo)TE31模的輻射方向圖為分裂的六個瓣狀波束，非常不利于實(shí)際應(yīng)用，因此需將其轉(zhuǎn)換為能定向輻射的圓波導(dǎo)TE11模式。而目前高功率微波領(lǐng)域采用的插板移相式模式轉(zhuǎn)換器和彎曲圓波導(dǎo)式模式轉(zhuǎn)換器均不適合在較緊湊體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)TE31模式到TE11模式的轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，可直接將圓波導(dǎo)內(nèi)的TE31模式在很緊湊的體積內(nèi)轉(zhuǎn)換為可定向輻射的TE11模式，提升高功率微波系統(tǒng)的緊湊程度和天線窗的功率容量。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，包括外筒和內(nèi)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(shè)置有一個通孔，所述內(nèi)筒嵌入在外筒密封端上的通孔內(nèi)，通孔的直徑與內(nèi)筒的外徑一致，所述內(nèi)筒與外筒同軸設(shè)置，
所述內(nèi)筒一端面開口另一端面密封，內(nèi)筒的密封端面對應(yīng)外筒的開口端面，內(nèi)筒的開口端面延伸到外筒密封端面外，
所述內(nèi)筒的壁面沿著軸線方向設(shè)置有若干耦合縫隙，
所述外筒的內(nèi)壁上設(shè)置有兩根調(diào)諧桿，調(diào)諧桿分別位于內(nèi)筒的兩側(cè)，
所述外筒為TE31模式傳輸段，所述設(shè)置在外筒內(nèi)的內(nèi)筒為TE11模式傳輸段，
所述內(nèi)筒與外筒之間的空間為密封真空。
[0005]在上述技術(shù)方案中，所述內(nèi)筒表面設(shè)置的若干耦合縫隙分為兩組，兩組耦合縫隙沿著內(nèi)筒的軸線呈中心對稱設(shè)置。
[0006]在上述技術(shù)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(shù)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(shù)方案中，內(nèi)筒的密封端面的邊緣到內(nèi)筒壁面之間為光滑弧形的圓角。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述兩根調(diào)諧桿位于內(nèi)筒上的耦合縫隙的兩側(cè)。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述兩根調(diào)諧桿對稱設(shè)置在內(nèi)筒上的耦合縫隙兩側(cè)。
[0011 ]在上述技術(shù)方案中，所述兩根調(diào)諧桿平行設(shè)置。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述外筒整體為圓筒結(jié)構(gòu)，開口端設(shè)置有法蘭定位盤，密封端為內(nèi)收的倒角錐筒。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述倒角錐筒的端面上內(nèi)嵌內(nèi)筒。
[0014]本發(fā)明的工作原理:所述模式轉(zhuǎn)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(jīng)所述了巧工模式傳輸段傳輸?shù)竭_(dá)所述耦合縫隙時，在耦合縫隙的側(cè)柱面上產(chǎn)生表面電流，由于縫隙位置的合理布置，感應(yīng)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(jìn)入所述TE11模式傳輸段，由于左右兩邊縫隙感應(yīng)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(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的新型TE31-TEn模式轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)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(tǒng)模式轉(zhuǎn)變部件，可廣泛應(yīng)用于高功率微波發(fā)射系統(tǒng)、超大功率雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明模式轉(zhuǎn)換器端口散射系數(shù)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(diào)諧桿。
【具體實(shí)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(fā)明的結(jié)構(gòu)由TE31模式傳輸段、耦合縫筒、TEn模式傳輸段和兩個調(diào)諧桿共四個部分構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖2所示，整體為一端開口的圓筒結(jié)構(gòu)，在封閉一端有倒角，側(cè)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(dǎo)圓角以降低電場強(qiáng)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(jīng)轉(zhuǎn)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(diào)諧桿位于耦合縫隙的兩側(cè)，每側(cè)各一根、且對稱平行設(shè)置，用于TE31模式饋入端口的反射系數(shù)匹配調(diào)諧，并可抑制高階模式的產(chǎn)生與反射。
[0019]按上述發(fā)明方案設(shè)計了一款工作頻率為1.58GHz的高功率微波TE31-TEn模式轉(zhuǎn)換器，其中所有部件采用無磁不銹鋼制造，TE31模式傳輸段內(nèi)徑為332mm，TEn模式傳輸段內(nèi)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(guān)系，從全電磁波仿真得到的模式轉(zhuǎn)換器金屬內(nèi)壁場分布，可以看到從大端注入的TE31模微波成功轉(zhuǎn)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(shù)曲線，可以看到，在工作頻率1.58GHz處，模式轉(zhuǎn)換效率大于99%，轉(zhuǎn)換效率高于95%的百分比帶寬大于10%。
[0020]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)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(quán)項】
1.一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于包括外筒和內(nèi)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(shè)置有一個通孔，所述內(nèi)筒嵌入在外筒密封端上的通孔內(nèi)，通孔的直徑與內(nèi)筒的外徑一致，所述內(nèi)筒與外筒同軸設(shè)置， 所述內(nèi)筒一端面開口另一端面密封，內(nèi)筒的密封端面對應(yīng)外筒的開口端面，內(nèi)筒的開口端面延伸到外筒密封端面外， 所述內(nèi)筒的壁面沿著軸線方向設(shè)置有若干耦合縫隙， 所述外筒的內(nèi)壁上設(shè)置有兩根調(diào)諧桿，調(diào)諧桿分別位于內(nèi)筒的兩側(cè)， 所述外筒為TE31模式傳輸段，所述設(shè)置在外筒內(nèi)的內(nèi)筒為TE11模式傳輸段， 所述內(nèi)筒與外筒之間的空間為密封真空。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述內(nèi)筒表面設(shè)置的若干耦合縫隙分為兩組，兩組耦合縫隙沿著內(nèi)筒的軸線呈中心對稱設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求1?4所述的任一一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于內(nèi)筒的密封端面的邊緣到內(nèi)筒壁面之間為光滑弧形的圓角。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述兩根調(diào)諧桿位于內(nèi)筒上的耦合縫隙的兩側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述兩根調(diào)諧桿對稱設(shè)置在內(nèi)筒上的耦合縫隙兩側(cè)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述兩根調(diào)諧桿平行設(shè)置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率微波TE31-TE11模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述外筒整體為圓筒結(jié)構(gòu)，開口端設(shè)置有法蘭定位盤，密封端為內(nèi)收的倒角錐筒。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高功率微波TE31-TEn模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述倒角錐筒的端面上內(nèi)嵌內(nèi)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(fā)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(yīng)用電子學(xué)研究所