一種Ka波段圓波導TE01模式激勵器的製作方法

2023-05-02 19:16:41 1

本發明涉及模式激勵器技術領域，具體涉及一種ka波段圓波導te01模式激勵器。

背景技術：

根據圓波導te01模式(模式)的場結構分布可知，它具有以下幾個特點：(1)是軸對稱模，不存在極化簡併模；(2)傳輸損耗低，且隨頻率提高，損耗反而下降；(3)具有較少的模式競爭數，可以簡化模式轉化過程。由於以上特性，模式在高功率微波器件中得到了廣泛的應用。其中，模式就被作為部分迴旋管的工作模式。由於迴旋管腔體輸出的工作模式不能被直接使用，因此無法對系統的性能進行冷測，比如對諧振腔的q值和頻率，以及輸入窗和輸出窗傳輸反射特性的測試等，所以往往需要特定的模式激勵器來模擬迴旋管的工作模式，從而可以對此高頻系統進行測試。如今各種特定的模式激勵器得到國內外廣泛的研究。

模式激勵器進行實驗測試時，要求高模式轉換效率、高模式純度、結構緊湊、易加工和寬頻帶。目前，模式激勵器有扇形模式激勵器、側壁耦合模式激勵器、十字交叉模式激勵器和h面彎曲模式激勵器等。在「《journalofinfrared,millimeter,andterahertzwaves》，2005年，第26卷第19期，1407-1415頁」所公布的扇形模式激勵器，該結構轉換效率偏低，雜模較多，結構複雜，難以實現，一般採用電鑄的方法製作，製作成本也高。在「《大眾科技》，2013年，第15卷162期，1-3頁」所公布的側壁耦合模式激勵器，雖然其結構緊湊性好，轉換效率高和頻帶寬，但是由於應用了功分網絡，對工藝水平要求很高。在「《真空科學與技術學報》，2013年，第33卷第4期，309-314頁」中公布的十字交叉模式激勵器是把矩形波導中的te10模逐步轉變為圓波導的te01模，雖說工作頻帶寬，轉換效率高，輸出的模式純度高，但模型體積較大，且以電鍍的方式進行加工，所以造價昂貴。在「《強雷射與粒子束》，2014年，第26卷第6期，114-118頁」中所提到的h面彎曲模式激勵器，該模式激勵器的純度在98％以上且轉換效率在95％以上的相對帶寬可達4.2ghz,該結構具有緊湊性好，轉換效率和純度都較高，頻帶較寬等優點，但是在一般情形下，當圓波導的橫截面具有橢圓小變形時，一種圓波導波型將分裂為兩個波型，所以對於橢圓波導加工，精度要求較高。

技術實現要素：

針對現有模式激勵器無法同時滿足高轉換效率和易於加工要求的問題，提供一種ka波段圓波導te01模式激勵器。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種ka波段圓波導te01模式激勵器，該模式激勵器由以下5個部分組成：

第一部分即正交波導由2個矩形波導所組成；這2個矩形波導包括1個前後貫通的標準矩形波導和1個過模矩形波導；過模矩形波導的一個埠開設在其寬側面上，另一個埠開設在其後端面上；標準矩形波導垂直立設在過模矩形波導的側寬面上，且標準矩形波導的一個埠與過模矩形波導的側寬面上的埠相接；

第二部分即矩形階梯波導由4個矩形波導所組成；這4個矩形波導均為前後貫通的標準矩形波導；這4個矩形波導的尺寸逐漸變化，且埠首尾相接成階梯形；

第三部分即均勻方波導由1個矩形波導所組成；該矩形波導為前後貫通的標準矩形波導；

第四部分即骨形階梯波導由9個骨形波導所組成；這9個骨形波導前後貫通；這9個骨形波導的尺寸逐漸變化，且埠首尾相接成階梯形；

第五部分即均勻圓波導由1個圓形波導所組成；該圓形波導為前後貫通的標準圓形波導；該圓形波導內置有銷釘；

正交波導的一個埠形成模式激勵器的輸入埠；正交波導的另一埠與矩形階梯波導的尺寸偏小的埠連接，矩形階梯波導的尺寸偏大的埠與均勻方波導的一個埠連接；均勻方波導的另一個埠與骨形階梯波導的尺寸偏小的埠連接，骨形階梯波導的尺寸偏大的埠與均勻圓波導的一個埠連接，均勻圓波導的另一個埠形成模式激勵器的輸出埠。

上述方案中，正交波導的標準矩形波導的另一個埠形成模式激勵器的輸入埠，過模矩形波導的另一個埠與矩形階梯波導的尺寸偏小的埠連接。

上述方案中，正交波導的過模矩形波導的前端面封閉，且與窄側面形成倒角。

上述方案中，正交波導的標準矩形波導的中軸線與過模矩形波導的中軸線相交。

上述方案中，矩形階梯波導的4個矩形波導的側面的四角形成倒角。

上述方案中，矩形階梯波導的4個矩形波導的長度均是1/4波長。

上述方案中，均勻方波導的矩形波導的側面的四角形成倒角。

上述方案中，骨形階梯波導的9個骨形波導的長度均是1/4波長。

上述方案中，均勻圓波導的圓形波導內置有4根銷釘；這4根銷釘的一端鑲嵌於均勻圓波導的內壁上，另一端指向圓形波導的中軸線；這4根銷釘關於圓形波導的中軸線呈中心對稱設置。

上述方案中，4根銷釘均偏離對稱面45度。

與現有技術相比，本發明具有高轉換效率，高模式純度，結構緊湊、易於加工和寬頻帶的特點。

附圖說明

圖1是一種ka波段圓波導te01模式激勵器的立體剖視示意圖。

圖2是波導體的簡化示意圖。

圖3是波導體的爆炸示意圖。

圖4是骨形波導的橫截面圖。

圖5是一種ka波段圓波導te01模式激勵器的轉換效率圖。

圖6是一種ka波段圓波導te01模式激勵器的模式純度圖。

圖7是一種ka波段圓波導te01模式激勵器的回波損耗圖。

具體實施方式

一種ka波段圓波導te01模式激勵器，如圖1-3所示，該模式激勵器由5個部分組成：第一部分即正交波導，第二部分即矩形階梯波導，第三部分即均勻方波導，第四部分即骨形階梯波導和第五部分即均勻圓波導。

第一部分即正交波導由2個矩形波導所組成。這2個矩形波導包括1個前後貫通的標準矩形波導和1個過模矩形波導1-2。過模矩形波導1-2的一個埠開設在其側寬面上，另一個埠開設在其後端面上。標準矩形波導垂直設置在過模矩形波導1-2的寬側面上，正交波導的標準矩形波導的中軸線與過模矩形波導1-2的中軸線相交。標準矩形波導的一個埠與過模矩形波導1-2的側寬面上的埠相接。標準矩形波導的另一個埠形成正交波導的一個埠，過模矩形波導1-2的另一個埠形成正交波導的另一個埠。正交波導的過模矩形波導1-2的前端面封閉，且與窄側面形成倒角。為保證緊湊性，該過模矩形的長度為1-2個波長。

第二部分即矩形階梯波導由4個矩形波導2-1～2-4所組成。這4個矩形波導2-1～2-4均為前後貫通的標準矩形波導，且這4個矩形波導2-1～2-4的側面的四角形成倒角。這4個矩形波導2-1～2-4的尺寸逐漸變化，且埠首尾相接成階梯形。這4個矩形階梯波導2-1～2-4的每段長度均是1/4波長，這樣一方面可以實現阻抗匹配，一方面可以減小加工的難度和實現結構緊湊。

第三部分即均勻方波導由1個矩形波導3-1所組成。該矩形波導3-1為前後貫通的標準矩形波導，該矩形波導3-1的側面的四角形成倒角。為保證緊湊性，該矩形波導3-1的長度為1-2個波長。

第四部分即骨形階梯波導由9個骨形波導4-1～4-9所組成。這9個骨形波導4-1～4-9前後貫通。這9個骨形波導4-1～4-9尺寸逐漸變化，且埠首尾相接成階梯形。這9個骨形波導4-1～4-9的每段長度均是1/4波長，這樣一方面可以實現阻抗匹配，一方面可以減小加工的難度和實現結構緊湊。圖4為每個骨形波導4-1～4-9的剖視圖，其中a4是骨形波導波峰距，b4是骨形波導波谷距，r4是倒角半徑。

第五部分即均勻圓波導由1個圓形波導5-1所組成。該圓形波導5-1為前後貫通的標準圓形波導5-1。為保證緊湊性，該圓形波導5-1的長度為1-2個波長。該圓形波導5-1內置有4根銷釘5-2。這4根銷釘5-2的一端鑲嵌於均勻圓波導的內壁上，另一端指向圓形波導5-1的中軸線；這4根銷釘5-2關於圓形波導5-1的中軸線呈中心對稱設置，且4根銷釘5-2均偏離對稱面45度。銷釘5-2的長度是圓形波導5-1內半徑的54.6％。

正交波導的一個埠即標準矩形波導1-1的另一個埠形成模式激勵器的輸入埠。正交波導的另一埠即過模矩形波導1-2的另一個埠與矩形階梯波導的尺寸偏小的埠連接，矩形階梯波導的尺寸偏大的埠與均勻方波導的一個埠連接。均勻方波導的另一個埠與骨形階梯波導的尺寸偏小的埠連接，骨形階梯波導的尺寸偏大的埠與均勻圓波導的一個埠連接，均勻圓波導的另一個埠形成模式激勵器的輸出埠。

該模式激勵器的模式轉換過程為其中的過程由第一部分即正交波導中完成，當從標準波導口傳輸到過模波導的連接處時，對稱的過模波導相當於電牆，能促使激勵的同時也抑制了的傳播，且模式純度非常高。通過調整過模波導的寬邊和窄邊的大小，可以優化轉換的性能；對過模波導的一端兩角進行倒角處理，可以減小回波損耗。其中的過程在第四部分即骨形階梯波導完成，此部分是利用模和模的電力線分布特徵設計出的結構，通過有規則的階梯骨形波導，引導模逐步漸變成模，可以利用仿真軟體對骨形波導進行優化，實現高轉換。在激勵出的同時，會帶有少部分的雜模生成，為了提高輸出模式的純度，抑制雜模的輸出是重要的，第五部分內置4根排列規則銷釘5-2的目的就是這個。根據的電力線的分布特性以及電力線邊界條件，在電力線分布密集的地方插入銷釘5-2或者擋片就可以規避該模式的形成，從而抑制該模式的傳輸。

圖5-7分別是該模式激勵器的轉換效率、模式純度和回波損耗圖。從圖5中可看出，該結構由模激勵出的模的轉換效率在31.75～37.28ghz內大於96％，帶寬達到5.53ghz，從圖6中可看出，輸出模式純度在31.91～37.19ghz內大於98％,帶寬達到5.28ghz，從圖7中看出，當輸出模式主要的雜模為時，回波損耗在31.63～37.57ghz內小於-15db。

本發明提供了一種既能滿足高轉換效率和高模式純度的要求，又能滿足一定頻帶寬度且易加工的緊湊性模式激勵器。