[发明专利]一种高功率微波可控多频介电介质移相型模式转换器

说明书

本发明提供了一种高功率微波可控多频介电介质移相型模式转换器，包括同轴圆波导、在同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，所述其中一半波导填充有不同长度段的介电介质，另一半波导为真空，频率为f的微波在两半波导内经过长度L的传播后，产生180度相移，实现频率为f的微波由TEM模式转换为TE₁₁模式。本发明采用上述结构，实现了多频点依据低频至高频的顺序由TEM模式至TE₁₁模式的转换。该模式转换方法结构简单、紧凑、易操控，且易于和圆锥喇叭天线集成，获得高功率微波轴向增益。

技术领域

本发明属于高功率微波模式转换器技术领域，具体涉及一种高功率微波可控多频介电介质移相型模式转换器。

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。对于同轴波导进行多频模式转换，从轴向长度及可操控性来考虑，介电介质移相模式转换是一个可行的选择。

发明内容

本发明提供了一种高功率微波可控多频介电介质移相型模式转换器，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，无法实现跨频段多频点高功率微波模式转换问题，通过同轴圆波导内的金属平板将同轴圆波导分为两个部分，一半为真空，另一半填充有介电介质，TEM模式微波在介电介质及真空内的相速度不一致，经过一定长度L的传播，TEM模式微波在两个填充不同介质的180度扇形波导内产生180度相移，当介电介质长度满足(β₁-β₂)·L＝π(β₁为180度扇形真空波导内的微波相速度，β₂为180度扇形填充介电介质波导内的微波相速度，L为介电介质长度)时，可实频率为f的微波由TEM模式转换为TE₁₁模式。