[发明专利]一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器

说明书

技术领域

本发明属于高功率微波模式转换器技术领域，具体涉及一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器。

背景技术

多数高功率微波源具有旋转对称结构，它们产生的模式多是旋转轴对称模式。常见高功率微波源，例如磁绝缘线振荡器、渡越时间振荡器、相对论返波管、相对论速调管的输出都是轴对称TEM模式或TM₀₁模式。这些模式的横向电场呈轴对称分布，从而导致其远场轴向辐射为零，即所谓空心波束，该类微波模式不利于高功率微波的定向传输与发射。为了实现定向辐射，通常要将圆波导TM₀₁模或同轴TEM模变换为圆波导TE₁₁模以获得轴向增益。当前被采用的高功率微波模式变换器基本有以下两种：弯曲型变换方式和移相型变换方式。弯曲型变换方式中比较有代表性的模式变换器为双曲型波导模式变换器。移相型变换方式主要包括同轴插板式模式变换器、径向线型模式变换器及介电介质移相器。

对于波导传输多频状态下TM₀₁或TEM模式的高功率微波，由于多数模式转换器具有选频特性(窄频)，且结构特点决定某些转换器(双曲型、径向线型模式转换器)无法改变结构参数，或某些转换器(同轴插板式模式转换器)结构变换较大，无法实现跨频段多频点高功率微波模式转换。

从TEM模式和TE₁₁模式的场结构可知，将TEM模式横截面一半部分的电场反向即可获得与TE₁₁近似的场分布。因此，考虑将TEM模传输波导分割为角度为180度的两部分，再分别对两部分施以不同相移，使其产生180度相移即可实现模式变换，即满足条件(β₁-β₂)·L＝π(β₁，β₂为扇形界面波导相速度，L为模式变换器长度)。

在利用传输系统中的电磁场与电子或其他荷电粒子相互作用的装置或器件中，例如行波放大器，粒子加速器，以及在电磁波与较低速度的波例如声波或静磁波相互作用的器件中，为了使相互作用在较长距离和较长时间内持续进行，需要使传输系统中的电磁波相速低于空间光速。这种传输系统就是慢波系统或慢波结构。完全由光滑的导体壁构成的柱形系统中只能传播快波或TEM波。因为完全齐次边界条件的系统中横向只能是驻波，所以全金属结构的慢波系统器壁不可能是光滑，均匀的。常用皱折表面或称波纹表面的金属波导作为慢波结构。这时它们沿纵向不再是均匀结构而是一种周期结构。当皱折的空间周期远小于导波波长时，可以把皱折表面的系统近似作为均匀系统。

发明内容

本发明提供了一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，解决了对于波导传输多频状态下TM₀₁或TEM模式的高功率微波，由于多数模式转换器具有选频特性(窄频)，且结构特点决定某些转换器(双曲型、径向线型模式转换器)无法改变结构参数，或某些转换器(同轴插板式模式转换器)结构变换较大，无法实现多频点依据低频至高频的顺序由TEM模式至TE₁₁模式的转换问题，通过金属平板将同轴圆波导均分为两部分，一部分填充周期可均匀调节的带中心孔盘荷波导，另一部分为180扇形同轴波导，金属平板使同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波均分为两部分并各自在对应部分的波导内传输。经距离为mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导传输的微波相位差达到180度，则实现频率为f的TEM模式微波转换为TE₁₁模式。