[发明专利]一种基于迭代法的分段式模式转换器设计方法

摘要

本发明公开了一种基于迭代法的分段式模式转换器设计方法，属于高功率微波器件设计领域。该方法中，首先通过理论计算得到选定口径的圆波导横截面上TM01和TE11两种模式按不同功率配比和不同相位差混合所得叠加场的最大电场值，并根据计算结果分别以两模式的功率配比和相对相位差为x、y轴绘制混合叠加场的最大电场等高线图，然后根据提供的场强击穿阈值，选定模式转换器在特征分段点位置处两模式的功率配比，利用迭代算法求解相应的分段轴线结构，使其能够满足相应的功率转换要求。该方法解决了现有模式转换器设计方法仅能针对转换效率对结构进行优化，而无法对模式转换过程中场强分布进行精细控制的问题。

主权项

1.一种基于迭代法的分段式模式转换器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据选定的圆波导口径大小，计算圆波导横截面上，TM₀₁和TE₁₁两种模式按不同功率配比和不同相对相位差混合后叠加场的最大电场值；并根据计算结果分别以两模式的功率配比和相对相位差为x、y轴绘制混合叠加场的最大电场等高线图；S2、在模式转换过程中，TM₀₁和TE₁₁两模式相对相位差为nπ(n为整数)的位置为模式转换器转换过程中的特征点，该位置附近对应了模式转换过程中混合叠加场的电场最大值，选择上述特征位置为模式转换器的特征分段点；S3、根据场强击穿阈值，合理选择模式转换器的最大电场期望值，结合最大电场等高线图，可得到该场强值条件下模式转换器在特征分段点位置处两模式的功率配比；S4、利用迭代法结合相位自适应法，将输入端分别由TM₀₁及TE₁₁注入时边界条件中缺失的相位信息补充完整，从而计算得到由TM₀₁模式及TE₁₁模式到两模式指定功率配比的首尾两段分段结构；利用迭代法结合相位归一化处理后的迭代修正公式，消除中间段两输入端绝对相位不匹配对算法收敛的影响，从而计算得到满足指定功率转换要求的中间段分段结构，并由各分段最终构成完整的模式转换器结构。