設(shè)計(jì)并分析了TE01斜接彎頭結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由兩段相同且垂直的模式變換段及與模式變換段呈45°斜接的金屬鏡面組成。整個結(jié)構(gòu)等效于兩個模式變換段對接,但中間存在間距為波導(dǎo)直徑的縫隙。模式變換段將純TE01模式轉(zhuǎn)換為TE01和TE02的混合模式,該混合模式在縫隙中傳播時電場呈現(xiàn)對稱分布,從而降低了模式轉(zhuǎn)換損耗,提高了傳輸效率。對設(shè)計(jì)的Ka波段TE01斜接彎頭結(jié)構(gòu)的理論仿真和加工實(shí)測結(jié)果表明:中心頻點(diǎn)轉(zhuǎn)換效率在98%以上,在2 GHz帶寬內(nèi)傳輸效率95%以上,插損小于0.2 dB,駐波小于1.2。 

【文章來源】：強(qiáng)激光與粒子束. 2014,26(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

斜接波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其等效結(jié)構(gòu)

－1)nA0nＲ0槡nX0naexp－jkＲ0n()a=0(3)因而，TE01和TE02的模比為A02A01=－β02β槡01X01X02expjβ2－β()1[]a(4)從式(3)可以看出，當(dāng)僅有一種模式輸入時，在r=a處，電場關(guān)于半徑的導(dǎo)數(shù)不為零，只有當(dāng)兩種及以上模式混合時式(3)才可能為零。從式(4)可知，這兩個模式的模式比例是隨波導(dǎo)半徑和工作頻率變化的。本文采用波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)TE01模和TE02模的混合［10］，再通過直波導(dǎo)移相來得到所需的相位關(guān)系，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，OP段為模式變換段，PQ段為移相段。根據(jù)圖3所示的設(shè)計(jì)流程框圖，設(shè)計(jì)中心頻率35GHz，輸入口徑?49．8mm，傳輸口徑?66．4mm，根據(jù)傳輸模式可知X01=3．832，X02=7．016，由式(3)得出中心頻點(diǎn)TE01和TE02模比為:A02/A01=－0．537;對應(yīng)TE01和TE02功率比分別為77．6%，22．4%。傳輸路徑a=33．2mm時，即在Q面TE01和TE02相位差為:α=π+(β2－β1)a=138°。從?49．8mm漸變到?66．4mm，通過CST仿真設(shè)計(jì)漸變波導(dǎo)，優(yōu)化長度和斜率，當(dāng)長度為30mm可較理想地實(shí)現(xiàn)要求的功率比，同時也可知模式變換段輸出口P面TE01模與TE02模相位差，根據(jù)P面、Q面相位差，可確定移相段PQ的長度。Fig．2Miterbenddesign圖2斜接彎頭設(shè)計(jì)示意圖Fig．3Flowschemeofdesign圖3設(shè)計(jì)流程框圖2仿真及實(shí)測結(jié)果分析本文設(shè)計(jì)的TE01過模準(zhǔn)光斜接圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖4所示，移相段可根據(jù)插入的薄片厚度微調(diào)相位差。圖5為剖面電場強(qiáng)度分布，場強(qiáng)最大的位置為斜接鏡面，當(dāng)發(fā)射功率為1W時，最大場強(qiáng)為1183V/m，按空氣擊穿場強(qiáng)30MV/m計(jì)算，功率容量6．4MW。對于相同的材料，場強(qiáng)大的地方損耗也大，損?

jkＲ0n()a=0(3)因而，TE01和TE02的模比為A02A01=－β02β槡01X01X02expjβ2－β()1[]a(4)從式(3)可以看出，當(dāng)僅有一種模式輸入時，在r=a處，電場關(guān)于半徑的導(dǎo)數(shù)不為零，只有當(dāng)兩種及以上模式混合時式(3)才可能為零。從式(4)可知，這兩個模式的模式比例是隨波導(dǎo)半徑和工作頻率變化的。本文采用波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)TE01模和TE02模的混合［10］，再通過直波導(dǎo)移相來得到所需的相位關(guān)系，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，OP段為模式變換段，PQ段為移相段。根據(jù)圖3所示的設(shè)計(jì)流程框圖，設(shè)計(jì)中心頻率35GHz，輸入口徑?49．8mm，傳輸口徑?66．4mm，根據(jù)傳輸模式可知X01=3．832，X02=7．016，由式(3)得出中心頻點(diǎn)TE01和TE02模比為:A02/A01=－0．537;對應(yīng)TE01和TE02功率比分別為77．6%，22．4%。傳輸路徑a=33．2mm時，即在Q面TE01和TE02相位差為:α=π+(β2－β1)a=138°。從?49．8mm漸變到?66．4mm，通過CST仿真設(shè)計(jì)漸變波導(dǎo)，優(yōu)化長度和斜率，當(dāng)長度為30mm可較理想地實(shí)現(xiàn)要求的功率比，同時也可知模式變換段輸出口P面TE01模與TE02模相位差，根據(jù)P面、Q面相位差，可確定移相段PQ的長度。Fig．2Miterbenddesign圖2斜接彎頭設(shè)計(jì)示意圖Fig．3Flowschemeofdesign圖3設(shè)計(jì)流程框圖2仿真及實(shí)測結(jié)果分析本文設(shè)計(jì)的TE01過模準(zhǔn)光斜接圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖4所示，移相段可根據(jù)插入的薄片厚度微調(diào)相位差。圖5為剖面電場強(qiáng)度分布，場強(qiáng)最大的位置為斜接鏡面，當(dāng)發(fā)射功率為1W時，最大場強(qiáng)為1183V/m，按空氣擊穿場強(qiáng)30MV/m計(jì)算，功率容量6．4MW。對于相同的材料，場強(qiáng)大的地方損耗也大，損耗大則微波能轉(zhuǎn)化為熱能多。為了減小斜接彎頭的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]過模圓轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J]. 丁艷峰,劉慶想,張健穹.  強(qiáng)激光與粒子束. 2011(08)
[4]高功率微波彎曲圓波導(dǎo)設(shè)計(jì)[J]. 袁成衛(wèi),鐘輝煌,錢寶良.  強(qiáng)激光與粒子束. 2009(02)



本文編號：3329533