[发明专利]一种矩圆模式转换高频结构

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，它应用于高功率毫米波回旋管放大器，是一种新型的矩形波导线极化模式到圆波导圆极化模式转换的高频结构。

背景技术

回旋管放大器在毫米波段具有高功率、高增益和宽频带的特点，在雷达成像、电子对抗、反隐身目标探测等方面具有广泛的应用前景和发展潜力，为高功率微波源中倍受关注的相干辐射源。回旋管放大器是将输入的微波信号进行放大，这就需要宽频带的输入耦合结构，将输入信号输入到回旋管放大器的互作用电路，完成输入模式到工作模式的转换。因此宽频带输入耦合结构是回旋管放大器的重要组成部分，其输入模式结构的好坏直接影响着回旋管放大器的放大性能。

产生TE11圆极化模式的通常方法是将两个等副且相位差为90°的线极化信号分别从两个垂直方向同时入射到圆波导中。这种方法的主要困难就是在一定的带宽范围内，随着频率的改变两个信号不易维持大小相等且相位差保持90°。

发明内容

本发明的目的是公开一种矩圆模式转换高频结构，提供一种新型的矩形波导的线极化模式TE10模到工作模式TE11圆极化模式的转换方法，以解决回旋管放大器的输入耦合问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种矩圆模式转换高频结构，其矩形波导与圆波导正交连接，圆波导一端连接对于工作模式TE11模截止的圆波导漂移段，圆波导另一端顺序与第一渐变圆波导、椭圆波导、第二渐变圆波导、输出圆波导连接，输出圆波导输出TE11圆极化模式波。

所述的矩圆模式转换高频结构，其所述圆波导、输出圆波导的半径为2.72mm，长度为7.2mm；第一渐变圆波导长度为5mm；椭圆波导长半轴为2.71mm，短半轴为2.66mm，长度为6mm；第二渐变圆波导长度为10mm。

所述的矩圆模式转换高频结构，其所述圆波导漂移段，为电子束通道。

所述的矩圆模式转换高频结构，其在矩形波导上面接真空密封窗。

所述的矩圆模式转换高频结构，其输入的矩形波导TE10模式经过非标准的矩形波导耦合到圆波导中，完成矩形波导TE10模式到圆波导的线极化模式TE11模的转换；线极化的TE11模式通过椭圆波导段时分解为大小相等，且以椭圆长短轴为方向的两个极化波，由于其纵向传播常数的不同，导致两个极化波之间的相位差也会随着椭圆段长度的增加而增加，经过椭圆波导一定的传输长度后其相位差达到90°，形成圆极化波，最终实现线极化TE10模式到圆极化TE11模的转换。

所述的矩圆模式转换高频结构，其所述椭圆波导一定的传输长度，是以下式理论近似公式计算：

其传输长度其中r为圆波导半径，Δr为椭圆长半轴与短半轴之差。

本发明的高频结构可通过比例缩尺改变波导尺寸在ku、ka和W波段实现矩形波导TE10模式到工作模式TE11圆极化模的转换，具有工作频带宽、损耗小、模式畸变小、结构简单紧凑的特点。该高频结构可有效解决在宽频带内回旋管放大器的能量输入问题。

这种模式转换结构不仅可以用在毫米波回旋管放大器的输入耦合系统上，且可以作为回旋管器件的输出结构，实现线极化模侧面输出，还可用在微波等离子体脉冲压缩、天线等传输系统上。

附图说明

图1是本发明的一种矩圆模式转换高频结构，给出了矩形波导的TE10模式到工作模式TE11圆极化模式转换的高频结构原理图；图中：

矩形波导1；圆波导2；渐变圆波导3，椭圆波导4；渐变圆波导5；圆波导6；漂移段7。

图2是本发明结构的传输系数随频率的变换关系图；

图3是本发明结构的驻波比随频率的变化关系图。

具体实施方式

见图1，为本发明的一种矩圆模式转换高频结构，具体来讲，矩形波导1与圆波导2正交连接，圆波导2与渐变波导3连接，圆波导2一端连接对于工作模式TE11模截止的圆波导漂移段7，漂移段7也为电子束通道。渐变圆波导3与椭圆波导4连接，椭圆波导4与渐变波导5连接，渐变波导5与圆波导6连接。其中，圆波导2的半径为2.72mm，长度为7.2mm，渐变波导3长度为5mm，渐变波导5长度为10mm，椭圆波导长半轴为2.71mm，短半轴为2.66mm。