S波段矩形波导TE10-圆波导TM_(01)模式转换器的研究

为满足S波段高功率微波在线测量时对圆波导耦合器进行标定的需求,本文研制了一种高转换效率的S波段矩形波导TE10模式转圆波导TM_(01)模式的模式转换器。采用CST软件对模式转换器的结构进行了仿真和优化设计,并从频域和时域两方面对所研制的模式转换器的性能进行了测量。频域方面的仿真和测量结果表明,模式转换器的工作中心频点位于2.1 GHz处,在工作带宽60 MHz范围内,S11<-20 dB,S21>-0.1 dB。时域方面的仿真和测量表明,模式转换器具有较好的脉冲响应,可以应用于脉冲宽度为几十纳秒以上的工作场合。频域和时域两方面的测量都表明,在2.1GHz处,模式转换器的插损小于0.1 dB,表明该模式转换器的转换效率较高。以本文研制的模式转换器为核心,配以商品化的波导同轴转换器后,研制的圆波导TM_(01)模式激励器已经成功用于圆波导耦合器的性能标定之中。

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。

Ka波段准TE_(01)模椭圆型准光模式变换器的理论修正与设计

基于TE_(01)圆电模研究了椭圆型准光模式变换器,并提出用于快速设计椭圆结构准光系统的修正公式。利用修正公式设计的准光系统由椭圆型Vlasov辐射器与准抛物面镜组成。计算仿真结果表明,该椭圆体系所辐射的波束具有辐射方向性更好,副瓣增益更低的特性,并且其尺寸相比于传统的圆体系更小。

异型截面波导模式变换技术

异型截面波导具有特殊的模式传输特性,理论上能够扩展现有的变模技术,推动多频点、宽带宽和紧凑化模式变换器的发展。但由于其结构复杂,难以通过数学方法直接获得准确描述模式耦合过程的解析表达,从而抑制了此类技术的发展。从麦克斯韦方程组出发,重新推导并给出了基于矢量波形函数的弯曲波导耦合波方程组以及耦合系数的表达式,结合数值求解矢量波形函数的方法即可解决异型波导模式变换器的优化问题。为验证该技术途径的有效性,设计了一个工作在X波段的椭圆波导TM_(01)-TE_(11)模式变换器。仿真与数值计算结果一致,表明该模式变换器变模效率高于95%的带宽为10%,最高转换效率高于99%,较经典的圆波导变模器件有着更好的性能表现。