[发明专利]宽带共焦波导激励装置

说明书

本发明公开了一种宽带共焦波导HE0n模式激励装置，属于真空电子技术领域。该装置包括输出开放共焦波导段、封闭共焦波导模式变换段、截止渐变段以及截止段均匀开放波导；封闭共焦波导模式变换段和截止渐变段连接处设有Y型3dB功分器，两路输出波导向内弯曲90度与输入波导垂直，输出口得到等幅反向的两路微波信号。本发明采用与共焦波导镜面垂直的双馈结构，通过截止渐变段两对反射镜面，在宽带范围内实现共焦波导HE0n模式的高效率转化，且带内平坦。在毫米波和太赫兹频段通过传统的加工方式即可实现；结构参数灵敏度低，可直接应用于毫米波和太赫兹各频段共焦波导回旋放大器件的输入耦合装置以及回旋振荡器件和回旋放大器件高频系统特性的冷测实验。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种应用于毫米波和太赫兹波段共焦波导回旋器件的共焦波导模式激励装置。

背景技术

回旋管是一种重要的毫米波-太赫兹辐射源器件，在受控核聚变、等离子体加热、等离子体诊断、雷达系统、通信及电子对抗、工业加工等方面具有重要的应用。共焦波导回旋器件采用新型的共焦波导互作用结构，与传统圆柱波导回旋管相比具有良好的模式选择特性，有效解决了传统回旋器件太赫兹频段由于尺寸共度效应引起的横向尺寸过小、平均功率容量低、电子注截获严重和加工困难等问题，因而在太赫兹频段具有重要的应用前景。在研制共焦波导回旋放大器件的过程中，一方面需要对工作模式和主要寄生振荡模式的损耗特性和色散特性进行准确测量，另一方面需要设计高效率、宽带、带内平坦且能激励工作模式的输入耦合器，因而研制激励共焦波导HE_0n模式的模式激励装置尤为重要。在共焦波导回旋振荡器件研制过程中，为了准确测量回旋振荡器件Q值和谐振频率等特性，设计能有效激励共焦波导模式的变换器也必不可少。因此，研制激励共焦波导HE_0n(n＝1,2,3…)模式的模式激励装置具有重要作用。

目前，国内外文献报告共焦波导模式激励装置主要包括：(1)通过一个与共焦波导镜面垂直的标准波导进行耦合；(2)从一个3dB功分器的两路输出波导同时从共焦波导的两个镜面进行耦合。其中方案(1)结构最简单，但带宽和耦合效率低，文献报道的最低插入损耗略小于3dB，中心频率为140GHz的3dB 带宽约为2GHz；方案(2)利用功分器的两路输出波导进行双馈耦合，结构对称，能抑制部分非对称模式，王建勋等人提出了一种新型共焦波导宽带输入耦合装置(专利号：CN201610791802.8)，该耦合装置采用双馈耦合结构，通过其中双路耦合波导与共焦波导镜面成θ角，使得输入波导和共焦波导中传播的微波的传播速度和群速度匹配，有效解决了传统的共焦波导输入结构带宽窄，耦合效率低，该结构在W波段得到了14.08GHz的3dB传输带宽。但是，该结构并未提及3dB功分器的设计，由于该装置采用与共焦波导倾斜的输入波导，使得3dB 功分器的设计难度很大，难以应用于实际。

发明内容

本发明提出了一种宽带共焦波导HE_0n模式激励装置，该模式激励装置采用与共焦波导镜面垂直的双馈结构，通过截止渐变段两对反射镜面的作用，在宽带范围内可实现共焦波导HE_0n模式的高效率转化，且带内平坦；在毫米波和太赫兹频段通过传统的加工方式(线切割和数控铣等)即可实现，加工装配容易、加工费用低，结构参数灵敏度低，可直接应用于毫米波和太赫兹各频段共焦波导回旋放大器件的输入耦合装置以及回旋振荡器件和回旋放大器件高频系统特性的冷测实验。

本发明采取以下的技术方案实现：

一种宽带共焦波导HE0n模式激励装置，该装置包括：依次连接的输出开放共焦波导段、封闭共焦波导模式变换段、截止渐变段以及截止段均匀开放波导，其特征在于：

所述封闭共焦波导模式变换段和截止渐变段连接处设置有一Y型3dB功分器；所述Y型3dB功分器的输入波导为标准矩形波导，两路输出波导向内弯曲90 度与输入波导相互垂直，其目的是在输出波导口得到两路等幅反向的微波信号；输出波导末端还分别连接一台阶渐变段，台阶渐变段输出端口为矩形耦合孔，其目的是将输出波导渐变到矩形耦合孔口径。