[发明专利]矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器

说明书

本发明公开了一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，属于微波、毫米波器件技术领域。该模式变换器包括依次连接且内壁光滑过渡的标准矩形波导‑T型波导渐变段、T型波导、T型波导‑第二矩形波导渐变段、第二矩形波导、第二矩形波导‑十字型波导渐变段、十字型波导、十字型波导‑圆波导渐变段、以及圆波导。通过改变腔体形状，从而改变约束电磁波在波导中传播时的边界条件，并借助矩形波导的TE20模和十字波导的TE22模两个中转模式的方案，实现线性渐变结构的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器的40％相对宽带、大于98％的高效率变换。

技术领域

本发明属于微波、毫米波器件技术领域，具体涉及一种新型宽频带波导模式变换器。

背景技术

矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器是一种广泛应用于卫星通讯、星载雷达、微波测量、微波功率合成等领域的微波无源器件。传统的矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器主要采用多孔耦合的结构和同轴腔耦合的结构。其中多孔耦合的结构是将标准矩形波导与圆波导的轴向平行放置，矩形波导的一个窄边与圆波导的外侧共面，在矩形波导与圆波导的外侧共面的这个窄边中心线上开一排特定分布的小孔，通过控制这些小孔的孔半径、厚度以及孔与孔的间距，可以将矩形波导中的TE10模的大部分能量耦合到圆波导中形成TE21模。同轴腔耦合的结构是先将矩形波导的TE10模式转换成同轴谐振腔的TE411模式，(其中矩形波导与同轴谐振腔的相对位置是矩形波导的轴向垂直于同轴谐振腔的轴向)，然后再通过四条矩形耦合缝，将同轴谐振腔的TE411模式转换圆波导中的TE21模式(其中同轴谐振腔与圆波导的相对位置是同轴谐振腔的轴向平行于圆波导的轴向，圆波导在同轴谐振腔内部，四条耦合缝开在圆波导与同轴谐振腔的公共面上)。但是以上提到的传统结构的矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器存在模式转换效率低(带内一般模式转换效率低于95％)和频带较窄(相对带宽小于20％)的缺点。

发明内容

为了克服传统的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器的转换效率较低以及频带较窄的问题，本发明提出一种新型线性渐变结构的矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器。

本发明技术方案：

一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，包括依次连接且内壁光滑线性过渡的标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段、第二矩形波导、第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导、十字型波导-圆波导渐变段、以及圆波导。进一步地，所述T型波导是由两个前级输入标准矩形波导相垂直构成。

进一步地，所述第二矩形波导宽边是前级输入标准矩形波导宽边的2倍且与其互相垂直。

进一步地，所述T型波导、第二矩形波导、以及十字型波导的长度为1/4工作波长。

进一步地，所述十字型波导的两臂长度与第二矩形波导的宽边长度相同。

进一步地，所述圆波导的半径大于工作模式的截止半径。

进一步地，所述标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段的总长度为工作波长的5-7倍。

进一步地，所述第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导-圆波导渐变段的长度为工作波长的5-7倍。