[发明专利]一种准光相位修正面设计方法

说明书

技术领域

本发明属于物理电子领域，涉及微波器件，特别是一种准光相位修正面设计方法。

背景技术

大功率回旋管内置准光模式变换器的高频输出结构主要由伏拉索夫辐射器（Vlasov launcher）以及多级反射镜构成。多级反射镜可以分为一般规则镜面和相位修正面，一般规则的镜面是使从辐射器辐射出来的微波聚焦，起不到相位修正的作用。

如图1所示出上述大功率回旋管内置准光模式变换器的高频输出结构的典型实现方式，微波从伏拉索夫辐射器切口处经过圆柱镜面反射到相位修正面，经过相位修正面后从输出窗输出，从相位修正面到输出窗的微波前进方向定义为三维直角坐标系的X向，图1中的Y向垂直于Z向和X向，Y向实际垂直于纸面，为直观起见，画成图1所示的样式。

从图1中圆柱镜面到相位修正面的微波称为前向微波，从输出窗到相位修正面的微波称为反向波，为在相位修正面上达到相位修正的目的，需要在相位修正面上增加在X向上的位移，该位移                                                在相位修正面上随Z向坐标变化而变化，实现方式为在原本光滑的镜面上增加不规则的突起，突起的高度即为位移，并且突起高度随准光相位修正面Z向坐标变化而变化。

根据一般的微波理论，例如《微波与光电子学中的电磁理论》（张克潜，李德杰 电子工业出版社 2001年）中所描述，微波相位修正需要对微波磁场和电场分布进行分析，其中磁场,电场，U为高斯波束，为真空磁导率，为真空介电常数，为微波角频率。这里基于原理性的分析，将高斯波束的磁场和电场展开为矢量。而在实际工程应用中，人们通常将这些量采用标量计算，整体带入采用标量绕射理论进行相关计算，对前述的相位修正过程引入了较大的误差，使相位修正后的高斯波束模式纯度较低。

在《94GHz回旋管准光模式变换器设计》（刘建卫，赵青，李宏福，物理学报 2011年第10期）以及《94GHz TE62模内置准光模式变换器》（牛新建，顾铃，于新华，李宏福 红外与毫米波学报 2011年10月）等文献中提及了微波相关的矢量绕射理论，对高斯波束的磁场和电场分布做了矢量分析和计算。

发明内容

为克服现有技术对相位修正面的修正不能达到较高高斯波束模式纯度的技术缺陷，本发明公开了一种准光相位修正面设计方法。

本发明所述准光相位修正面设计方法，包括对准光相位修正面的X向微扰的设计方法，其特征在于，所述微扰

 ，其中为反向高斯波束电场Y向分量在相位修正面处的相位，为前向波束电场Y向分量在相位修正面处的相位；为波数，α为前向波束入射角；

优选的，=，其中对反向波束U的选取采用矢量分解方法，将U视为三维直角坐标系内的矢量，对U的取值只取U在Y向的分量。     

进一步的，对的求取过程为：

     反向高斯波束在相位修正面处的电场

U为高斯波束，为真空磁导率，为真空介电常数，为微波角频率；

=，其中imag,real分别表示对括号内的复数取虚部和实部。

进一步的，对的求取过程为：

计算前向波在相位修正面处的电场

其中前向波在相位修正面处的磁场

其中G为格林函数，，S1为圆柱镜面的面积，为圆柱镜面入射磁场，为波数，R为从圆柱镜面到相位修正面的距离，为圆柱镜面法线矢量；

对矢量取Y向分量，得到；

=；

所述圆柱镜面为微波前进路径上在相位修正面之前的圆柱形反射镜面。

采用本发明所述的一种准光相位修正面设计方法，采用矢量绕射理论设计相位反射面，不同于标量绕射理论的方法，比标量绕射理论设计的相位反射面更加准确。

附图说明

图1示出大功率回旋管内置准光模式变换器的高频输出结构的典型实现方式。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

一种准光相位修正面设计方法，包括对准光相位修正面的X向微扰的设计方法，所述微扰

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其中为反向高斯波束电场Y向分量在相位修正面处的相位，为前向波束电场Y向分量在相位修正面处的相位；为波数，α为前向波束入射角；