一種高功率tm11-te10微波模式轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率微波矩形波導(dǎo)TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器。目的是提供一種將矩形波導(dǎo)TM11模式微波直接轉(zhuǎn)換為矩形波導(dǎo)TE10模式微波的模式轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明由一個(gè)矩形波導(dǎo)，一個(gè)隔斷插板，N塊相移插板，N塊補(bǔ)償插板組成。隔斷插板是一塊一端帶有尖劈結(jié)構(gòu)的金屬板，沿軸向用插槽的方式固定于矩形波導(dǎo)窄邊的垂直中間位置，與矩形波導(dǎo)的寬邊平行；相移插板垂直于矩形波導(dǎo)寬邊均勻固定于隔斷插板上表面，補(bǔ)償插板垂直于矩形波導(dǎo)寬邊均勻固定于隔斷插板下表面。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，沒有矩-圓變換等過渡結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)換效率高，通頻帶寬。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬微波【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種矩形波導(dǎo)內(nèi)高功率ΤΜ11-ΤΕ10微波模式轉(zhuǎn)換 器。 -種高功率TM11-TE10微波模式轉(zhuǎn)換器

【背景技術(shù)】
[0002] 在微波【技術(shù)領(lǐng)域】，利用微波模式轉(zhuǎn)換器，將難以通過天線輻射或難以直接應(yīng)用（如 粒子加速）的微波模式轉(zhuǎn)換為便于天線輻射或便于應(yīng)用的微波模式是一個(gè)重要的研究方 向。良好設(shè)計(jì)的微波模式轉(zhuǎn)換器，可將微波源與其下游微波器件(如輻射天線)連接在一起， 而不需針對(duì)特定的微波源設(shè)計(jì)專用的下游微波器件，增強(qiáng)了微波系統(tǒng)的模塊化，提高了微 波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試效率，在微波產(chǎn)生、傳輸與發(fā)射等領(lǐng)域具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 本專利提出的一個(gè)應(yīng)用背景是帶狀電子束微波源輸出的微波為矩形波導(dǎo)ΤΜ11模 式，需要將其轉(zhuǎn)換為矩形波導(dǎo)ΤΕ10或圓波導(dǎo)ΤΕ11模式以便于向外輻射和應(yīng)用。帶狀電子 束通常是指具有大橫縱比橫截面的電子束。帶狀電子束微波源，是指利用帶狀電子束與微 波電路(如慢波結(jié)構(gòu)）相互作用產(chǎn)生微波輻射的器件，具有電流密度低、束一波相互作用高、 結(jié)構(gòu)緊湊性好、輸入阻抗和注入功率便于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，有望成為實(shí)現(xiàn)高功率微波源工程化 應(yīng)用的新途徑。為了提高耦合阻抗，在帶狀電子束微波源的束波作用區(qū)域采用雙梳型慢波 結(jié)構(gòu)是一個(gè)重要的技術(shù)方案。在該方案中，雙梳型慢波結(jié)構(gòu)提取電子束的能量后輸出微波 的主模式為矩形波導(dǎo)ΤΜ11模式，不利于直接通過天線輻射出去。
[0004] 一種簡(jiǎn)單的辦法是：通過矩形波導(dǎo)-圓波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)，將矩形波導(dǎo)ΤΜ11模式轉(zhuǎn)換 為圓波導(dǎo)ΤΜ01模式，再利用當(dāng)前已經(jīng)得到廣泛研究的圓波導(dǎo)ΤΜ01-ΤΕ11模式轉(zhuǎn)換器(如同 軸插板式模式轉(zhuǎn)換器或S型圓波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器)，將矩形波導(dǎo)ΤΜ11模式轉(zhuǎn)變?yōu)閳A波導(dǎo)ΤΕ11 模式。這樣的方案優(yōu)點(diǎn)是充分利用現(xiàn)有的研究成果，技術(shù)相對(duì)成熟，但是存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù) 雜、軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)、緊湊性相對(duì)較差等缺點(diǎn)。另外，該方案在工程應(yīng)用中在模式控制方面還 存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，即大橫縱比的矩形波導(dǎo)-圓波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)內(nèi)極易激勵(lì)起復(fù)雜的高次 模式，且對(duì)機(jī)械加工的精度要求很高，造成生產(chǎn)與調(diào)試成本的顯著增加。因此，"矩形波導(dǎo) ΤΜ11 一一圓波導(dǎo)ΤΜ01--圓波導(dǎo)ΤΕ11"模式轉(zhuǎn)換方案不適用于帶狀電子束微波源等具有大 橫縱比的電磁結(jié)構(gòu)。
[0005] 可以直接通過天線輻射的微波模式除上述圓波導(dǎo)ΤΕ11模式外，還有矩形波導(dǎo) ΤΕ10模式，該模式也可以實(shí)現(xiàn)良好的定向輻射。設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊、方案簡(jiǎn)單的模式轉(zhuǎn)換 器，將帶狀電子束微波源輸出的ΤΜ11模式轉(zhuǎn)換為容易定向輻射的矩形波導(dǎo)ΤΕ10模式，是目 前帶狀電子束微波系統(tǒng)研制的一個(gè)迫切需求。
[0006] 目前還沒有公開的技術(shù)方案，將矩形波導(dǎo)ΤΜ11模式微波直接轉(zhuǎn)換為矩形波導(dǎo) ΤΕ10模式微波。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種矩形波導(dǎo)ΤΜ11-ΤΕ10模式轉(zhuǎn)換器，將矩形波 導(dǎo)TM11模式微波直接轉(zhuǎn)換為矩形波導(dǎo)TE10模式微波。
[0008] 技術(shù)方案是：利用兩種插板，進(jìn)行微波模式變換和相位調(diào)整。先利用隔斷插板將一 個(gè)TM11模式微波轉(zhuǎn)換為相位相反的兩個(gè)TE10模式，再利用相移插板調(diào)整兩個(gè)TE10模式微 波的相位差，使之變?yōu)橄辔幌嗤腡E10模式，最后經(jīng)過隔斷插板末端的尖劈漸變結(jié)構(gòu)將兩 個(gè)TE10模式合并為一個(gè)TE10模式，完成矩形波導(dǎo)TM11-TE10模式的轉(zhuǎn)換。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：
[0010] 1，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊性好。在矩形波導(dǎo)中，通過簡(jiǎn)單地插入幾塊金屬板就可以實(shí)現(xiàn)模 式轉(zhuǎn)換，沒有矩-圓變換等過渡結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低；不改變矩形波導(dǎo)的橫截面尺 寸和外形，軸向長(zhǎng)度僅需1?2個(gè)TE10模式微波的波導(dǎo)波長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0011] 2,轉(zhuǎn)換效率對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)不敏感，加工與調(diào)試成本低。
[0012] 3,轉(zhuǎn)換效率高，通頻帶寬。通頻帶寬不小于10%時(shí)，模式轉(zhuǎn)換效率大于97%，若降低 帶寬要求，模式轉(zhuǎn)換效率還可進(jìn)一步提高，滿足大多數(shù)帶狀電子束高功率微波源的一般要 求。
[0013] 4,具有高的微波功率容量，可將其用于功率為0?10GW，甚至更高功率微波的模 式轉(zhuǎn)換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的正視圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明的A-A剖視圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明的俯視圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明的3D示意圖。
[0018] 圖中：1.矩形波導(dǎo)，2.隔斷插板，3.相移插板，4.補(bǔ)償插板，11.矩形波導(dǎo)1的窄 邊，12.矩形波導(dǎo)1的寬邊

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理以及工作原理作具體的說明：
[0020] 本發(fā)明由一個(gè)矩形波導(dǎo)1，一個(gè)隔斷插板2，N塊相移插板3，N塊補(bǔ)償插板4組成。 帶狀電子束微波源等上游器件產(chǎn)生的矩形波導(dǎo)TM11模式微波，注入到矩形波導(dǎo)1內(nèi)，再由 隔斷插板2、相移插板3和補(bǔ)償插板4共同作用，進(jìn)行矩形波導(dǎo)TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換。
[0021] 矩形波導(dǎo)1是本發(fā)明的主體部件。其橫截面寬度為a、高度為b，a等于與本器件 相連的上游器件(如帶狀電子束微波源）輸出口的橫截面寬度，b等于與本器件相連的上游 器件(如帶狀電子束微波源)輸出口的橫截面高度；矩形波導(dǎo)1軸向長(zhǎng)度L1大于隔斷插板2 的軸向長(zhǎng)度L2,即L1>L2。
[0022] 隔斷插板2是一塊一端帶有尖劈結(jié)構(gòu)的金屬板，沿軸向用插槽的方式固定于矩形 波導(dǎo)1窄邊11的垂直中間位置(指高度的中間)，并與矩形波導(dǎo)1的寬邊12平行。隔斷插 板2的覽度等于a，聞度

【權(quán)利要求】
1. 一種高功率微波TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于高功率微波TM11-TE10模式轉(zhuǎn) 換器由一個(gè)矩形波導(dǎo)（1)，一個(gè)隔斷插板（2)，N塊相移插板（3)，N塊補(bǔ)償插板（4)組成：矩 形波導(dǎo)（1)橫截面寬度為a、高度為b，a等于與高功率微波TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器相連的上 游器件輸出口的橫截面寬度，b等于與高功率微波TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器相連的上游器件 輸出口的橫截面高度； 隔斷插板（2)是一塊一端帶有尖劈結(jié)構(gòu)的金屬板，沿軸向用插槽的方式固定于矩形波 導(dǎo)（1)窄邊11的垂直中間位置，并與矩形波導(dǎo)（1)的寬邊12平行；隔斷插板（2)的寬度等 于a，聞度
式中λ為輸入TM11模式微波的波長(zhǎng)；隔斷插板（2)尖劈段軸向長(zhǎng)度L22取TE10模式 波導(dǎo)波長(zhǎng)Ug)1(l的一半，即，
相移插板（3)是一種金屬平板，共有N塊，N滿足
相移插板（3)采用插槽的方式垂直于矩形波導(dǎo)（1)寬邊12均勻固定于隔斷插板（2)上 表面，與矩形波導(dǎo)（1)的窄邊11平行；相鄰兩塊相移插板（3)的間距
補(bǔ)償插板（4)也是一種金屬平板，共有N塊，采用插槽的方式垂直于矩形波導(dǎo)（1)寬邊 12均勻固定于隔斷插板（2)下表面，與矩形波導(dǎo)（1)的窄邊11平行；補(bǔ)償插板（4)的寬度 等于相移插板（3)的寬度t2、高度等于相移插板（3)的高度d、相鄰兩塊補(bǔ)償插板（4)的間 距等于相鄰兩塊相移插板（3)的間距al ;補(bǔ)償插板（4)的軸向長(zhǎng)度L4滿足
相移插板（3)的軸向長(zhǎng)度L3滿足
隔斷插板（2)平板段軸向長(zhǎng)度L21等于相移插板（3)的軸向長(zhǎng)度L3 ;隔斷插板（2)的 軸向長(zhǎng)度L2等于平板段軸向長(zhǎng)度L21和尖劈段軸向長(zhǎng)度L22之和；矩形波導(dǎo)（1)軸向長(zhǎng)度 L1大于隔斷插板（2)的軸向長(zhǎng)度L2,即L1>L2。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高功率微波TM11-TE10模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述相移 插板（3)的前端面與隔斷插板（2)平板段的端面平齊；補(bǔ)償插板（4)的前端面與隔斷插板 (2)平板段的端面平齊。
【文檔編號(hào)】H01P1/16GK104064838SQ201310703740
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】杜廣星, 馬軍, 王弘剛, 錢寶良, 袁成衛(wèi) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)