[发明专利]一种紧凑矩形TE10

说明书

本发明公开了一种紧凑矩形TE10‑圆波导TM01模式转换装置，属于微波毫米波技术领域。该装置包括矩形波导、同轴波导、阶梯型同轴波导以及阶梯型圆波导。从标准矩形波导输入的TE10模通过阶梯转换为扁波导TE10模，然后通过侧壁馈入同轴波导耦合产生同轴TEM模并输入后接的阶梯型同轴波导；进入阶梯型同轴波导的TEM模经过阶梯型同轴波导的逐阶过渡，在其末端激励出圆波导TM01模；输出端采用阶梯型圆波导结构，在保证TM01输出纯度的前提下，使同轴波导外径逐阶过渡至输出端口并实现匹配。该装置可在BJ100全波导带宽内产生模式纯度大于99.5％的TM01模式输出；并且矩形波导段长度小于95mm，圆波导段长度小于90mm，中间转换结构采用无支撑粗同轴过渡设计，器件插损小。

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种X波段矩形波导TE₁₀模式-圆波导TM01高纯度模式转换装置，特别适合于TM₀₁模式激励器应用场合。

背景技术

在高功率微波器件的应用中，不同器件、不同接口之间的连接问题非常普遍，当所需波形的模式和已有波形的模式不同时，就需要用模式转换器进行过渡连接。模式转换是一个广泛的概念，从理论上来说它包括一切能够实现模式转换的器件。对于大多数的高功率微波源，如相对论切伦克夫器件、回旋脉塞器件、虚阴极振荡器等等，其工作模式一般为圆波导对称体模(TE_0n、TM_0n)或高阶边廊模式(TE_mn， m1，n～1,2)。这些模式有的不适宜长距离传输，有的不便于天线辐射，因此必须进行适当的模式变换。

模式激励器属于一种特殊的模式转换器，主要应用于模式转换器的输入特定模式激励，从而测试其性能。因此，要求激励器转换模式纯度高、器件插损小、工作频带宽；此外，模式激励器的加工成本、结构稳定性也须予以考虑。常规设计的TM₀₁模式变换器工作频带较窄，相对带宽10％左右且整体结构复杂，需要介质支撑设计，器件尺寸较大；有经过改进的结构如Abdelwahed Tribak等人在“ULTRA-BROADBAND HIGH EFFICIENCY MODE CONVERTER”中设计的模式转换器，采用阶梯型同轴内导体和阶梯型矩形-同轴模式匹配结构，大幅度改善了器件相对带宽、回波损耗等特性；但另一方面，为了减小器件不连续性对期间反射以及转换效率方面的影响，该器件的同轴内导体尺寸只有1mm，实际上无法承担起该器件的“哑铃状”结构，尽管仿真结果优秀，实际应用十分受限。

发明内容

本发明提供了一种紧凑矩形TE₁₀模式-圆波导TM₀₁模式转换装置，该装置可在BJ100全波导带宽内产生模式纯度大于99.5％的TM₀₁模式输出；本装置矩形波导段长度小于95mm，圆波导段长度小于 90mm；中间转换结构采用无支撑粗同轴过渡设计，器件插损很小。

本发明采用的技术方案：

一种紧凑矩形TE₁₀-圆波导TM₀₁模式转换装置，该装置包括：矩形波导、同轴波导、阶梯型同轴波导以及阶梯型圆波导。

所述矩形波导内设有阶梯阻抗匹配结构，其一端连接矩形波导短路面，且在短路面一侧设有圆柱形凹槽；所述矩形波导宽面开有圆形开孔，其圆心与圆柱形凹槽同轴。

所述同轴波导垂直于矩形波导宽面，同轴波导内导体插入阶梯阻抗匹配结构上的圆柱形凹槽内并与其固定连接，同轴波导外导体内半径与矩形波导上的圆形开孔半径相同；所述同轴波导另一端为阶梯型同轴波导，后接阶梯型圆波导。

进一步地，同轴波导内导体与阶梯阻抗匹配结构的连接处设置有与同轴波导内导体同轴的金属圆盘。

本实施例波导模式转换装置的工作原理如下：