[发明专利]一种TE○0n/TE○1n模式激励器

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种针对回旋放大器、回旋速调管以及回旋振荡管的高频系统进行冷测的模式激励装置。

背景技术

模式变换器在微波毫米波的通信、测试、固态功率合成等方面有着重要应用。近年来,国内外在回旋放大器(包括回旋行波管和回旋速调管)和回旋振荡管的研制方面取得了很大进展。回旋管腔体输出的工作模式一般不适合直接使用，所以无法对系统的性能进行验证，因此常常需要通过模式变换将这些模式转换为便于直接使用的形式，从而需要设计模式激励器来对回旋管的高频系统的性能进行冷测，包括对介质加载电路、输出窗、输入窗(只针对回旋放大器)传输反射特性的测试、谐振腔的频率和Q值的测试等。要对以上高频系统的性能进行冷测,研制激励(其中特征值m表示场沿整个圆周分布的驻波周期数，特征值n表示场在半径上分布的半驻波数)模式的模式变换器是必需的。

模式激励器要求转换模式纯度高、加工制造简单、一定的频带宽度。在回旋器件中,主要采用的工作模式是模,也有一部分工作在模式。但是这些低阶的模式在在向高频段尤其是太赫兹频段转换时，高频尺寸变得很小，这大大限制了回旋器件的功率容量。采用高阶模式的回旋管不仅可以增加高频段工作的回旋管的功率容量，也可以避免器件加工尺寸过小和电子截获，然而对于高阶模式的激励器研究的却比较少。常见的模式激励器有十字交叉形变换器、侧壁耦合模式变换器、H面弯曲模式变换器等。如“《真空科学与技术学报》，2013年，第33卷(4)，309-314页”中所公开的十字交叉形变换器，虽然其工作频带宽，输出的模式纯度高，但需要采用电铸的方法制作，器件体积较大，造价昂贵。以及“《强激光与粒子束》，2014年，第26卷(6)”中所公开的H面弯曲模式变换器，该结构的激励器转换效率在95％以上，模式纯度在98％以上的相对带宽可达4.2GHz，虽然带宽和模式纯度比较高，结构简单但是灵活性不够，转换为更高阶的模式不方便。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供在模式纯度高且满足一定频带宽度的要求基础的一种新型的到模式激励器。

本发明的模式激励器为：第一矩形波导的一端连接输入端口，一端连接第一一阶匹配阶梯波导；第二矩形波导的一端连接第一一阶匹配阶梯波导，一端连接第二一阶匹配阶梯波导，第二一阶匹配阶梯波导的另一端为短路面；第三矩形波导的一端通过耦合孔与第二矩形波导的侧壁连接，一端连接第三一阶匹配阶梯波导；第一圆形波导的一端连接第三一阶匹配阶梯波导，一端连接渐变圆形波导；第二圆形波导的一端连接渐变圆形波导(2-6)，一端连接输出端口；第一圆形波导的内壁设置不同尺寸的对称脊，渐变圆形波导的横截直径沿传播方向变小。

通过调整本发明的耦合孔个数，可以得到更高阶的矩形波导模式，以输入波导为为例，当耦合孔个数为2时，则可得到矩形波导模式当耦合孔个数为3时，则可得到矩形波导模式因此，当耦合孔的个数大于1时，各耦合孔平行排列，且中心轴垂直于第三矩形波导的中心轴。

进一步的，对称脊的每个脊的形状优选为：沿传播方向的横截面为弧形，垂直于传播方向的横截面为抛物线，即对称脊的脊的形状等同于将圆柱的部分嵌入到第一圆形波导所形成的凸起(相对于第一圆形波导的内壁凸起)的形状。通过调整对称脊的对数以及大小，以得到不同阶的高阶圆形波导模式，例如等。

本发明中所出现的其上标用于区分波导模式为圆形还是矩形，下标表示特征值，当为圆形波导模式时，m表示场沿整个圆周分布的驻波周期数，n表示场在半径上分布的半驻波数；当为矩形波导模式时，m表示场在波导宽边半驻波数，n表示场在波导窄边半驻波数。