[发明专利]一种用于高阶过模平面慢波结构冷腔测试的TE10-TEn0模式变换器

说明书

本发明提供了一种用于高阶过模平面慢波结构冷腔测试的TE₁₀‑TE_n0模式变换器，包括输入端口一、输入矩形波导、匹配台阶、过渡矩形波导、反射谐振腔、(n‑1)个分支波导、过模输出矩形波导和输出端口二，基模TE₁₀从输入端口一输入，在输出端口二输出TE_n0模，过渡矩形波导通过多分支波导和过模输出矩形波导相连，过渡矩形波导和每个分支波导构成了1个E‑T接头，每个分支波导和过模矩形波导也构成了1个E‑T接头的结构。本发明通过引入匹配台阶降低端口一的反射系数；通过引入反射谐振腔有利于提高电磁波的传输；有利于提高模式变换效率；通过改变分支个数(n‑1)可以获得工作在TEn0模的模式变换器；能够为高阶模平面慢波结构的冷腔测试提供模式变换装置。

[技术领域]

本发明属于微波技术、真空电子技术领域，具体涉及一种用于毫米波/太赫兹高阶过模平面慢波结构冷腔测试的模式变换器。

[背景技术]

近年来，毫米波/太赫兹波技术是一个研究热点，由于具有波长短、频率高和带宽宽等特点，在诸多军民应用领域中有着广泛的应用前景，包括安检成像、高数据率通信、无损检测和高精度雷达探测等。毫米波/太赫兹波的产生和放大是太赫兹应用系统中的关键科学技术。基于带状电子注的真空电子器件能够通过扩大电子注的宽边尺寸来增大电子注面积，从而提高电子注的面积。和圆形电子注器件相比，带状电子注器件的输出功率能够提高一个数量级，近年来受到了广泛的关注。平面慢波结构是带状电子注器件的一个核心部件，它的性能好坏将对整管产生重要的影响。通常情况下，平面慢波结构工作在低阶模。当平面慢波结构工作在高阶模时，能够通过增大慢波结构的几何尺寸来提高功率容量和散热面积。当利用多带状电子注驱动高阶模平面慢波结构时，有利于提高输出功率。本专利的第一申请人提出了两种新型的高阶模平面慢波结构。在(“基于正交栅齿波导和多带状电子注的高阶模太赫兹辐射源的模拟研究”(Opt.Express)，2018年，26卷，7期，8040-8048页，作者：G.X.Shu,G.Liu,and Z.F.Qian)提出了金属柱加载的单栅慢波结构。在(“基于高阶模和带状双电子注的太赫兹返向波辐射”(J.Phys.D Appl.Phys.)，2018年，51卷，5期，055107-1-055107-6页，作者：G.X.Shu,G.Liu,L.Chen等)中，提出了金属脊加载的交错栅慢波结构。然而，当对高阶模平面慢波结构进行冷腔测试时，由于测试中所采用的矢量网络分析仪输出的电磁波工作在基模TE₁₀模，需要借助模式变换器将基模TE₁₀模转换为高阶模TE_n0(n＝2,3,4...)模，方能完成测试。据专利申请人所知，目前用于高阶过模平面慢波结构的模式变换器甚少。模式变换器的性能好坏将直接影响着冷腔测试的准确度。一个优良的模式变换器需要具备低端口反射和高转换效率等特性。本发明提出了一种基于多分支波导的TE₁₀-TE_n0模式变换器，可用于高阶过模平面慢波结构的冷腔测试。

[发明内容]

本发明的目的在于：获得一个具有低端口反射系数和高模式转换率，可用于高阶过模平面慢波结构冷腔测试的TE₁₀-TE_n0模式变换器。

本发明具体采用如下技术方案：

一种用于高阶过模平面慢波结构冷腔测试的TE₁₀-TE_n0模式变换器，该模式变换器基于多分支波导，包括输入端口一、输入矩形波导、匹配台阶、过渡矩形波导、反射谐振腔、(n-1)个分支波导、过模输出矩形波导和输出端口二，基模TE₁₀从输入端口一输入，在输出端口二输出TE_n0模，过渡矩形波导通过多分支波导和过模输出矩形波导相连，过渡矩形波导和每个分支波导构成了1个E-T接头，每个分支波导和过模矩形波导也构成了1个类似E-T接头的结构。

进一步地，在输入波导和过渡矩形波导之间引入1个匹配台阶。