[发明专利]一种TE1;1模回旋行波管的输出装置有效

专利信息
申请号: 201611168082.6 申请日: 2016-12-16
公开(公告)号: CN106653523B 公开(公告)日: 2018-08-21
发明(设计)人: 吴泽威;李浩;王建勋;罗勇 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H01J23/36 分类号: H01J23/36;H01J25/34
代理公司: 电子科技大学专利中心 51203 代理人: 张杨
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 te1 回旋 行波 输出 装置
【说明书】:

发明公开了一种TE1,1模回旋行波管的输出装置,属于大功率毫米波技术中的功率源技术领域。该结构包括依次连接的圆‑椭圆波导过渡段、椭圆波导段、椭圆‑圆波导过渡段和圆波导辐射器,四者内壁光滑过渡且波导中心线共轴。本发明的输出装置能直接输出高斯波束,不需要使用外接过模波导模式变换器,不仅有利于实现大功率毫米波回旋行波管的宽频带、高效率和高功率工作,还有利于大功率毫米波应用系统的紧凑化和小型化;能有效输出线极化高斯波束,不再需要外接模式变换器、圆极化器等器件。

技术领域

本发明属于大功率毫米波技术中的功率源技术领域,具体涉及一种能直接输出线极化高斯波束的回旋行波管横向输出装置。

背景技术

回旋行波管是一种大功率的宽带毫米波放大器,具有宽频带、高功率、高增益和高效率等特点,在通讯、雷达、精确制导和材料处理等方面有着广泛的应用市场。在回旋行波管的实现过程中,寄生谐振(包括输入输出及局部结构引起的反射、工作模式在截至频域的不稳定、返波谐振等)的抑制是设计过程中最为关键的环节。TE1,1模作为圆波导的基模,不仅有利于减少器件内模式竞争,还有利于提高器件增益,是回旋行波管常用的工作模式。

输出装置是回旋行波管的关键组成部分,对输出功率、模式纯度以及整管效率有着重要的影响。为了实现电磁能量的高效、平稳输出,输出装置要尽可能地抑制工作模式的终端反射。因此,输出装置通常采用半径渐张的圆波导结构,直接与收集极输入端相接,在轴向上实现能量输出。对于工作模式为TE1,1模的回旋行波管而言,这种传统的轴向输出的方式在应用中会存在以下两种不足:一是互作用区输出为圆极化TE1,1模经输出结构输出后,仍然为圆极化波。传输链路中存在的不匀称(弯头的使用、传输波导的不均匀性)均会导致相位发生变化,从而恶化波束的轴比;二是TE1,1模损耗较大,不利于远距离传输和直接应用。因此,通常需要在回旋管后连接模式变换器、圆极化器,将回旋管的工作模式转换成适宜远距离传输的线极化高斯波束。在大功率输出条件下,为保证功率容量,模式变换器、圆极化器等功能器件均需采用过模波导结构。这种过模结构的模式变换器,存在易产生寄生模式、变换长度长、插损大、需要冷却的缺点,一方面不利于回旋行波管性能的充分发挥,另一方面也大大增加了整个发射机系统的复杂度。

发明内容

为了解决TE1,1模回旋行波管存在的输出模式不利于直接应用和远距离传输的问题,以及对应的大功率毫米波传输系统难以实现高效率、紧凑化、小型化等方面的需求问题,本发明提出了一种回旋行波管的输出装置,能有效输出线极化高斯波束,不再需要外接模式变换器、圆极化器等器件。

本发明提出的一种回旋行波管的输出装置,包括依次连接的圆-椭圆波导过渡段、椭圆波导段、椭圆-圆波导过渡段和圆波导辐射器,四者内壁光滑过渡且波导中心线共轴。

所述圆-椭圆波导过渡段连接回旋行波管收集极的输出端,将输出的圆极化TE1,1模分解成幅值相等、相位相差90度的一对简并模。

所述椭圆波导段将简并模中一个极化方向的模式转化为与之电场方向垂直的另一方向上,实现圆极化到线极化的转化,得到线极化TE1,1模。

所述椭圆-圆波导过渡段将椭圆波导过渡到圆波导,实现与圆波导辐射器的良好匹配。

所述圆波导辐射器将线极化TE1,1模转换成高斯波束,并通过后接的输出窗实现对外输出。

进一步地,所述圆-椭圆波导过渡段为内壁光滑的渐变结构,输入端的尺寸与收集极输出口径一致,输出端口径与椭圆波导段一致。

进一步地,所述椭圆波导段,其截面半径满足

r(φ)=a0+a1 cos(2φ)。

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