[发明专利]一种矩形波导TE10模到圆波导旋转TE11模的模式转换器

说明书

本发明公开一种矩形波导TE10模到圆波导旋转TE11模的模式转换器，包括共面魔T结构、4路合成器、若干折弯波导、两个3dB耦合器和四个90°波导扭转器；共面魔T结构的两个输出端口分别经对应折弯波导弯折180°连接至对应3dB耦合器输入端；两个3dB耦合器关于4路合成器中心轴中心对称，直通端和耦合端分别经对应90°波导扭转器连接至4路合成器输入端；与同一个3dB耦合器相连的两个90°波导扭转器关于该3dB耦合器沿电磁信号传输方向的中心轴180°旋转对称；与不同3dB耦合器相连的两对90°波导扭转器关于4路合成器对称面平面对称。该模式转换器具有设计简便、模式纯度高、易于加工制作、转换效率高的优点。

技术领域

本发明属于毫米波、太赫兹器件技术领域，具体涉及一种矩形波导TE10模到圆波导旋转TE11模的模式转换器。

背景技术

在现代通信发射系统中，功率放大器决定着系统的发射输出功率，进而影响系统的工作距离、工作效率等指标。传统的真空电子器件虽能输出高达几百瓦的功率，但其体积大、带宽小、加工难度高的不利因素导致其逐渐被固态半导体器件取代，相比之下，固态半导体器件体积小、寿命长、工作电压低且可以批量加工生产，更具优势。然而，随着工作频率的升高，固态半导体器件的输出功率逐渐下降。特别是到了毫米波高端频段，单个固态半导体器件的输出功率有时只有数十毫瓦，需要将多个固态半导体器件的功率进行合成以提高功率电平，因此，径向功率合成技术研究也成为热潮。

传统的径向功率合成模式为场分布空间对称的模式，如同轴TEM模式、圆波导TM01模式、圆波导TE01模式等。随着工作频率的升高，同轴线中的中心导体难以加工，而圆波导TM01、TE01等模式为圆波导的高次模，存在主模干扰，会影响合成效率。基于上述原因，近几年有人提出将圆极化模式用于径向功率合成，圆极化模式具有旋转场特性，电磁信号可随时间均匀输出，从而实现等功率分配。但圆极化模式无法直接获得，需要利用模式转换器。当前存在的圆极化TE11模式转换器多用在微波、毫米波低端频段，结构尺寸大，加工相对简单，但在毫米波高端、太赫兹低端频段存在严重的加工问题，无法直接套用。现有的用于高频段的圆极化模式转换器结构复杂，加工装配误差大，能量泄露严重，因此需要设计一种可应用于毫米波、太赫兹器件技术领域的新型圆极化模式转换器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提出了一种矩形波导TE10模到圆波导旋转TE11模的模式转换器，具有设计简便、模式纯度高、易于加工制作、转换效率高的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种矩形波导TE10模到圆波导旋转TE11模的模式转换器，其特征在于，包括共面魔T结构、两个折弯波导、两个3dB耦合器、四个90°波导扭转器和4路合成器；所述共面魔T结构包括矩形波导输入端口、第一矩形波导输出端口、第二矩形波导输出端口和采用微带探针输出的隔离端口，第一矩形波导输出端口和第二矩形波导输出端口分别经对应折弯波导弯折180°连接至对应3dB耦合器的输入端，两个3dB耦合器关于4路合成器的中心轴呈中心对称，两个3dB耦合器的直通端和耦合端分别经对应90°波导扭转器连接至4路合成器的输入端，以实现E面波导-H面波导的转换；其中，与同一个3dB耦合器相连的两个90°波导扭转器的扭转方向一致，与不同3dB耦合器相连的两对90°波导扭转器的扭转方向相反。

进一步地，所述扭转方向一致即关于该3dB耦合器沿电磁信号传输方向的中心轴180°旋转对称；扭转方向相反即关于4路合成器的对称面平面对称，以与同一个3dB耦合器相连的两个90°波导扭转器为一对。

进一步地，所述共面魔T结构为E面功分器，第一矩形波导输出端口与第二矩形波导输出端口的信号幅度差小于0.1dB，相位差180°，隔离端口无信号输出。

进一步地，所述3dB耦合器为E面耦合器，直通端和耦合端的信号幅度差小于0.5dB，相位差90°。