Q波段圆波导轴线弯曲TE_(01)-TE_(11)模式变换器设计

在模式耦合理论的基础上,采用相位重匹配技术对圆波导轴线弯曲TE01-TE11模式变换器进行了数值优化计算和分析.在Q波段给出了两种不同周期数TE01-TE11模式变换器的优化设计参数.数值计算表明:四周期模式变换器的最高转换效率为98.82%,带宽为2.2 GHz,六周期最高转换效率为99.89%,带宽为1.7 GHz.研究了模式变换器关键几何尺寸在小范围内变化对转换效率的影响.并利用HFSS对给出的模式变换器进行了仿真,仿真结果与数值模拟一致性较好.同时加工了六周期结构模式变换器并进行了小功率热测实验,测试结果表明输出了模式纯度较高的TE11模式.

TE_(01)-TE_(11)圆波导模式变换器的设计计算

本文呈现了三种TE_(01)-TE_(11)圆波导模式变换器的设计方法。三种设计方法都是在耦合波理论的基础上实现,其不同在于对波型函数的构造上。传统的设计方法是使用显式的轴线函数来描述圆波导模式变换器的结构,而迭代综合法和NURBS是用非解析的方式来构造其轴线的。在理论分析的基础上,使用MATLAB编制了迭代综合法的计算程序,并进行大量的数值计算与优化。计算表明其中心频率的转换效率达到98.80%,长度为577.6mm。最后利用CST进行验证,仿真结果与数值计算结果一致性较高。

圆波导TM_(01)-TE_(11)模式变换器

提出了一种在圆波导中添加金属分割片及半边金属管壳的结构以实现圆波导TM01-TE11模式转换。通过金属分割片将圆波导分成两个半圆区域:其中一个半圆区域为空波导,另一半圆区域为填充一定厚度金属管壳的空波导。在S波段对设计的中心频率为2.8GHz的物理模型进行数值模拟与实验研究,模拟结果表明:在中心频率2.8GHz转换效率为99.56%,反射率低于0.01;在2.716～2.946GHz频带内转换效率大于90%,S11小于-10dB。实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致,证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性。

蛇形弯曲TE_(01)-TE_(11)模式变换器的设计

在耦合波理论的基础上,采用相位重匹配技术对蛇形弯曲TE01-TE11模式变换器进行了数值优化计算和验证分析。通过数值计算在Q波段给出了最高转换效率为98.84%,转换效率大于90%的带宽为2.2GHz的长度为0.232m的蛇形弯曲模式变换器。并利用HFSS对得到的模式变换器进行了仿真验证,获得的模拟结果与数值模拟一致性较好。该结论可为回旋行波管外接模式变换器的设计提供了技术支撑。

8mm波段高功率TE_(01)-HE_(11)模式变换系统

根据耦合波理论,对8 mm波段TE01-TE11模式变换器的几何结构进行了优化分析,得到了最优几何参量。用仿真软件优化设计了同一波段TE11-HE11模式变换器。数值计算和仿真结果表明这两个模式变换器组成的TE01-HE11模式变换系统在30.5 GHz和3%带宽内具有99.0%以上的TE01-HE11模式转化效率。热测试验结果表明该系统具有良好的模式变换性能。

高功率圆波导TE0n-TE11模式变换研究

在模式耦合理论的基础上,详细讨论了波导轴线弯曲与波导半径渐变的圆波导模式变换,并对TE0n TE11模式变换器的几何结构进行了优化分析,采用不同的相位重匹配技术,得到了可靠的最优几何参量。以此数据设计的8mm回旋速调管TE01 TE11模式变换器的转换效率可达98%。

Ka波段TE_(10)~□-TE_(01)~○宽带模式变换器的设计

给出了一种十字交叉形TE10□-TE01○宽带模式变换器的设计原理。同时,完成了一支Ka波段TE10□-TE01○模式变换器的设计方案。根据该设计方案在高频分析软件HFSS中建立三维模型进行仿真优化。通过优化设计获得了0.042 dB的带宽为13.5 GHz(26.5～40 GHz)的高性能TE10□-TE01○宽带模式变换器。冷测实验表明优化设计结果与冷测结果较吻合。热测实验表明设计出的模式变换器输出较纯。

S波段圆波导TM_(01)-TE_(11)模式变换器加工设计

介绍了S波段圆波导TM01-TE11模式变换器加工设计方法,利用三维电磁仿真软件HFSS对设计的模型进行仿真优化并对最终优化的模型建立数值模拟,结果表明f=2.9375GHz时转换效率为99.65%,S11=-37dB;在2.8GHz3.02GHz带宽内转换效率大于90%,S11小于-10dB。

一种新型慢波结构TM_(01)-TE_(11)模式转换器的数值模拟

设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器,该转换器的尺寸为15.0cm×40.8 cm,通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构。当TM01入射时,在两个区域内激励起扇形波导TE11模式,由于慢波结构的存在,该模式在两个区域内的传播常数不一样。适当调节慢波结构的参数,可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°,这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出,实现模式转换。建立数值模型并进行了模拟,结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%,反射率低于0.04,功率容量超过1.7 GW。

紧凑型宽带TM_(01)-TE_(11)模式转换器的数值模拟

设计了一个紧凑型宽带L波段TM10-TE11模式转换器。该转换器使用同轴TEM和矩形TE10模式作为过渡模式，提高了模式转换器的工作带宽，缩小了模式转换器的尺寸，并且模式转换器的输入输出同轴。建立了一个尺寸为φ20．5cm×55．2cm的设计模型，并进行了数值模拟。结果表明：该模式转换器工作频率为1．63～2．22GHz时转换效率超过90％，相对带宽超过30％；在1．72GHz处转换效率达99．8％；工作频带内反射系数小于-11dB，最低为-26．3dB；该模式转换器的功率容量大于1GW。

一种使用TE_(11)为过渡模的TE_(01)-HE_(11)模式变换器设计（英文）

基于弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法,利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量,最终使用CST软件对模型进行了仿真和验证.该系统主要由三部分组成:一个TE_(01)-TE_(01)的过渡器,TE_(01)-TE_(11)和TE_(11)-HE_(11)的圆波导模式转换器.计算结果表明,该TE01-HE11模式转换系统在24.13 GHz的频率有5%的带宽、转换效率超过了99%.计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的.

一种新型的90°弯曲圆波导TE_(01)-TM_(11)模式变换器的设计

在耦合波理论的基础上,对圆波导轴线弯曲结构的TE01-TM11模式变换器进行了理论分析。同时使用MATLAB编制了迭代法的计算程序,并进行了大量的数值计算和优化,设计出了一种新型的90°弯曲圆波导TE01-TM11模式变换器,并给出该TE01-TM11模式变换器的最优化结构轮廓。数值计算表明该模式变换器的最高转换效率达到99.55%,转换效率大于95%的带宽超过29%。最后,利用CST仿真软件对该模式变换器进行了仿真验证,仿真结果与数值计算结果一致性较好。

高功率毫米波TE01—TE11模式变换器的研究

高功率微波系统中的大功率来源往往是回旋速调行波管，但回旋管的输出模式一般为TE01模或TE02模，不便于直接使用，需要将模式变换为可用的TE11模，再通过波纹喇叭向外辐射，具体应用场合如图1所示，其中TE01-TE11模式变换器是大功率应用的关键组件之一。

径向双层介质加载圆波导的宽带TE_(11)-HE_(11)模式变换器

应用径向双层介质加载圆波导内可以产生混合模HE11模式的原理,提出一种径向双层介质加载圆波导的宽带TE11-HE11模式变换器。在X波段分析了该变换器内微波模式满足的麦克斯韦方程和边界条件,推导出HE11模式的特征方程及混合方程,最后将特征方程与混合方程联立,应用MATLAB软件进行数值求解得到物理模型的设计参数曲线。应用HFSS软件对设计的模式变换器进行模拟优化仿真,结果显示在8.4010.16GHz频带内输出HE11模式纯度大于96%,最大为99.59%,相对带宽可达18.7%,理论功率容量达3.3GW。该圆波导TE11-HE11模式变换器具有结构简单、输入输出共轴、转换效率高、转换频带宽、功率容量高等优点,应用于微波辐射系统可以极大地提高辐射系统的紧凑性。