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。

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。

紧凑型圆极化TM_(02)-TE_(11)模式转换器的设计

应用金属圆筒、金属隔板和微波介质板加载金属圆波导的思想设计了一种结构紧凑的圆波导模式转换器,该模式转换器能将馈入的高阶圆波导TM_(02)模式直接转换为圆极化的圆波导TE_(11)模式。HFSS软件仿真结果显示:在中心频点9.4 GHz,模式转换器的转换效率为94.6%,轴比为1.06;在9.06~9.53 GHz和8.80~9.64 GHz频带范围内,转换效率分别大于90%和80%,轴比均小于1.2。该模式转换器解决了传统的TM_(02)-TE_(11)模式转换器设计困难、尺寸过大的问题,具有设计简单、输入输出共轴、方便加工、结构紧凑等优点。

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。

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.

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。

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%。

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。

用于磁控管轴向辐射TE_(11)模式的紧凑型输出结构

提出了一种用于轴向输出相对论磁控管中具有TE_(11)辐射模式的紧凑型输出结构。该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出圆波导之间过渡结构,模拟实现了圆TE_(11)模式微波的轴向输出。与传统衍射输出相对论磁控管相比,本文设计的轴向输出结构,不仅能在输出波导中获得更加纯净的微波模式,而且能减小磁控管的径向尺寸,使得系统更加紧凑化。初步的粒子模拟结果表明:当电压为280kV、磁场强度为0.5T时,该器件的工作频率为4.18GHz,输出功率为247.0 MW,功率转换效率达到21.9%。

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.

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。

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。

轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式相对论磁控管的粒子模拟研究

提出了一种用于相对论磁控管(RM)中轴向输出线极化TE_(11)同轴波导模式的新型输出结构。该器件采用10谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出同轴波导之间的微波提取结构,模拟实现了线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出。与传统全腔提取结构相比,该新型输出结构,不仅能更容易地实现线极化TE_(11)同轴波导模式的微波输出,而且在此基础上能更容易地实现更高频段RM的设计。粒子模拟结果表明:当电压为220kV,磁场为0.4T时,该器件的工作频率为4.38GHz,输出功率为208 MW,功率转换效率达到46.6%。

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。

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。

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。

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。

电子回旋自共振加速器输出能量的影响因素及优化

回旋自共振加速器(CARA)加速效率高,在低能、大功率电子束领域具有非常好的应用前景。由于加速腔浸没在螺线管磁场中,电子束在轴向静态磁场的约束下螺旋前进,与加速腔中的TE11模微波场保持同步而被横向持续加速。但加速器的输出能量并不随加速过程递增,而是与电子束的注入能量、轴向静态磁场、加速腔波导长度及微波场强度等多个相互约束的参数相关。本文从理论上分析了相关参数对输出能量的影响,利用三维电磁场仿真软件CST及粒子跟踪程序分别研究了相关参数对输出电子束状态的约束关系,并对这些参数进行联合优化,使得电子输出能量达到设计值。