[发明专利]一种新型同轴插板高阶模式激励器

说明书

本发明公开了一种新型同轴插板高阶模式激励器，属于模式激励器领域。该模式激励器包括同轴TEM‑扇形同轴TE₁₀功分器、扇形同轴TE₁₀‑同轴TE₆₁模式变换器、同轴TE₆₁‑圆波导TE₆₁模式变换器、圆波导TE₆₁‑圆波导TE₆₂模式变换器。其模式转换过程为：TEM‑扇形同轴TE₁₀‑扇形同轴TE₂₀‑同轴TE₆₁‑圆TE₆₁‑圆TE₆₂。本发明采用余弦金属壁的拍波耦合方法实现扇形同轴TE₁₀‑同轴TE₆₁模式转换，反射小，转换效率高，带宽大。本发明整体结构紧凑，各部分均能抑制杂模，转换效率高，模式纯度高，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于模式激励器领域，具体涉及一种新型同轴插板高阶模式激励器。

背景技术

回旋管作为一种新型的电真空器件，在热核聚变控制、高功率电磁加热和毫米波雷达等方面有非常重要的应用。回旋管中工作模式通常为高阶边廊模式或高阶体模式，这类高阶模式不便于直接利用与传输，通常采用准光模式变换器将其转换为易利用与传输的低阶模式。而为了能够准确测试准光模式变换器性能，需要设计高纯度圆极化的高阶模式激励器来模拟回旋管的输出模式。

目前高阶激励器主要有两类，第一类是采用波导结构，在“《强激光与粒子束HIGHPOWER LASER AND PARTICLE BEAMS》2012年9月，第24卷第9期”提出了一种弯曲型波导模式激励器，该模式激励器采用折叠波导实现模式转换，虽然缩短了模式激励器的尺寸，但是由于折叠引入的反射较大，因此转换效率很低。在《A TE₀₁Generator Excited by TEM》(ISAPE)一文中，提出了一种利用TEM激励TE₀₁模的波导模式激励器，该模式激励器由大尺寸的同轴波导、圆波导和扭波导组成，在中心频点35GHz处转换效率97.5％，模式纯度99％，但是带宽仅有0.1GHz，而且转换效率也不够高。在《High-Efficiency，Broadband ConverterFrom A Rectangular Waveguide TE₁₀ Mode to A Circular Waveguide TM₀₁ Mode forOvermoded Device Measurement》一文中，提出了一种矩形波导TE₁₀模激励圆波导TM₀₁模的波导模式激励器，虽然转换效率达到99％的带宽有0.5GHz，但是该模式激励器仅在低阶模式之间有很好的工作性能，而且输入输出不共轴。第二类是采用准光结构，在“《真空科学与技术学报CHINESE JOURNAL OF VACUUM SCIENCE-AND TECHNOLOGY》2014年11月第34卷第11期”提出了一种准光高阶模式激励器，该模式激励器采用侧壁开孔的三段式同轴谐振腔激励高阶模式TE₆₂，但其最大模式转换效率只有95％，模式纯度低于98％。另外，在《A High-Efficiency Quasi-Optical Mode Converter for a 140-GHz 1-MW CW Gyrotron》一文中，提出了一种高效的准光模式激励器，该激励器由一个波纹壁波导辐射器，一个准椭圆镜和两个环形反射镜组成，实现了140GHz下将TE_28，8模式转换为基本高斯波束，转换效率达到98％，但是该激励器结构非常复杂，对加工与装配精度要求很高。

发明内容

本发明针对现有高阶模式激励器结构复杂、装配精度要求高、转换效率和模式纯度低的问题，提出了一种新型的同轴插板高阶激励器。

为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现的：