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。

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。

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。

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。

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。

径向双层介质加载圆波导的TE_(11)-HE_(11)模式转换天线

介绍了径向双层介质加载圆波导的TE_(11)-HE_(11)模式转换天线的设计原理、实验方法及结果。该模式转换天线由圆波导TE_(11)-HE_(11)模式转换器和辐射器组成:圆波导TE_(11)-HE_(11)模式转换器是在圆波导内沿径向加载两种不同介电常数的微波介质来完成模式转换,辐射器采用开口圆波导或小张角圆锥喇叭将HE_(11)模辐射出去。应用HFSS软件对设计的两种模式转换天线进行模拟优化,数值结果显示这两种天线在线极化和圆极化工作状态下其E面、H面辐射方向图在一定波瓣宽度内均具有较高的等化特性及低副瓣电平。应用矢量网络分析仪和频谱分析仪对线极化TE11模激励状态下的两种模式转换天线的增益和驻波系数进行测试,测试结果表明:在中心频率9.4GHz频点辐射器采用开口圆波导或小张角圆锥喇叭时天线增益分别为11.21dB和15.58dB,且驻波系数均小于1.05。实测结果与仿真结果基本一致,证明了该模式转换天线技术的可行性与正确性。

两种和差(TE21)模兼载波纹喇叭的设计及应用

星间建立高速数传链路,需要两副大口径天线之间相互自跟踪,以保证点对点的通信畅通;和差模兼载波纹喇叭是天线实现自跟踪的关键部件。文章中给出了2种和差模兼载波纹喇叭的设计方法和实例仿真结果,以满足高速数传天线自跟踪功能的需求。

基于波纹喇叭天线的模式转换器

为提高高功率传输系统的模式转换效率,利用波纹喇叭的设计方法研究了TE11模至HE11模的转换器。设计了基于正弦-平行剖面以及tanh剖面的2种不同结构的模式转换器,并利用商业软件进行仿真验证。仿真结果表明,在94 GHz附近10 GHz的带宽范围内,高斯度可以达到98.6%以上,中心频点的高斯度达到99.2%以上。设计的2种结构中,正弦—平行剖面具有输出束腰半径处于开口处的优点,而tanh剖面具备尺寸小、相位中心固定的优点。

超宽带嵌套同轴波导组合馈源的实验研究

超宽带波导馈源在反射面天线中有着巨大的应用潜力。本文分析设计了一个四腔体 60∶1带宽 ( 1～60GHz)的超宽带嵌套同轴波导组合馈源。文中详细讨论了馈源的性能 ,该馈源在整个工作频带内有小于 -10dB的反射损耗。馈源的每个同轴波导腔工作于圆极化TE11模。馈源的相关参数由实验测量 ( 1～ 8GHz)和有限元法仿真( 8～ 60GHz)

圆窗片表面次级电子倍增效应的数值模拟

基于Monte Carlo模拟算法,建立了粒子输运模型,通过对盒形窗内圆窗片表面次级电子倍增现象进行数值仿真,获得了TE11模非均匀分布电场作用下次级电子倍增的规律.结果表明:在微波输入端,指向窗片表面的磁场力起到了维持次级电子与窗片碰撞的作用,在电场强度较高的区域倍增剧烈,有质动力对倍增无贡献;在微波输出端,受背离窗片表面磁场力的影响,在表面静电场较弱的情况下,次级电子倍增不能发生;当表面静电场足以维持单面倍增的发生,随着传输功率的增大,电子渡越时间增长,有质动力使得倍增强烈的区域由强电场区逐渐转移到弱电场区域.对利用外静电场抑制微波输入端次级电子倍增效应的方法进行了数值模拟验证.