高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器。包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體成階梯狀圓柱體，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯增大；外導(dǎo)體為圓柱筒形狀，內(nèi)壁成階梯狀，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯減小。外導(dǎo)體第一階梯半徑Rout1與內(nèi)導(dǎo)體第一階梯半徑Rin1組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸n個模式；以此類推，外導(dǎo)體第n階梯半徑Rout1與內(nèi)導(dǎo)體第n階梯半徑Rin1組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸1個模式。高功率微波經(jīng)模式轉(zhuǎn)換器后輸出圓波導(dǎo)同軸TEM模式。本發(fā)明體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、功率容量大、易于與高功率微波系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于高頻段的高功率微波混合模式輻射系統(tǒng)中，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率微波【技術(shù)領(lǐng)域】的一種模式轉(zhuǎn)換器，尤其是一種工作在高頻段的高功率過模結(jié)構(gòu)混合模式轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，高功率微波在眾多領(lǐng)域中的誘人前景引起了許多國家的廣泛關(guān)注和大量研究投入，并已取得極大的技術(shù)進(jìn)步。目前，高功率微波源的研究成果主要集中在L、S、C、X等波段，而發(fā)展更高頻率的高功率微波設(shè)備將是高功率微波研究領(lǐng)域的下一重點(diǎn)之一。多數(shù)微波源均輸出同軸波導(dǎo)或圓波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)軸對稱模，如TMtln或同軸TEM模等，其中主流模式是圓波導(dǎo)TMtll模和同軸TEM模。由于這些模式由于場分布和極化方向在波導(dǎo)橫截面上繞波導(dǎo)軸具有旋轉(zhuǎn)對稱性，因而其輻射方向呈現(xiàn)出軸向為零的環(huán)狀遠(yuǎn)場方向圖。顯然，這樣的模式若直接發(fā)射或用于驅(qū)動傳統(tǒng)的天線將會有軸向輻射為零、能量分散、旁瓣電平高等問題，最終導(dǎo)致能量不能有效地集中在目標(biāo)上。因此，在應(yīng)用中通常需要用高功率微波模式轉(zhuǎn)換器將高功率微波源產(chǎn)生的圓波導(dǎo)同軸TEM?；驁A波導(dǎo)TM01模轉(zhuǎn)換為TE11模，再通過天線輻射出去?；诟吖β饰⒉ㄔ聪蚋哳l段發(fā)展的特點(diǎn)，其為提高輸出功率通常采用過模結(jié)構(gòu)，因而此類高頻段過模高功率微波源的輸出模式可能為TMtln混合模式(同時含有TMc^TMmTMtl3等模式)。而現(xiàn)有的高功率微波發(fā)射天線基本上是單一模式驅(qū)動，所以這類發(fā)射天線無法作為高頻段過模高功率微波源的發(fā)射終端，需要在微波源和發(fā)射終端之間增加模式轉(zhuǎn)換器件，將TMtln混合模式轉(zhuǎn)換為單一的圓波導(dǎo)TMtll模式或圓波導(dǎo)同軸TEM模式。因此，作為高頻段高功率微波發(fā)射系統(tǒng) 的關(guān)鍵部件之一——高頻高功率過模結(jié)構(gòu)混合模式轉(zhuǎn)換器將成為研究熱點(diǎn)之一。
[0003]國防科技大學(xué)袁成衛(wèi)博士設(shè)計了一種高功率微波徑向線縫隙陣列天線【Cheng-Wei Yuan, et al.Designs and Experiments of a Novel Radial Line SlotAntenna for High-Power Microwave Application, IEEE Transactions on Antenrms andPropagation, Vol.61, N0.10, 2013】，其饋入模式為圓波導(dǎo)同軸TEM?；驁A波導(dǎo)TMtll，因此一般的高功率微波源可以直接驅(qū)動該天線，省去了模式轉(zhuǎn)換的繁瑣環(huán)節(jié)。而高頻過模高功率微波源輸出TMtln混合模式，則無法直接利用該天線實現(xiàn)微波的定向輻射。針對這一具體的技術(shù)問題，需要設(shè)計一種高功率微波混合模式轉(zhuǎn)換器，在一定過模結(jié)構(gòu)下，將TM0n混合模式轉(zhuǎn)換為單一的圓波導(dǎo)同軸TEM模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有高功率微波模式轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換模式單一的不足，提供一種將TMtln混合模式轉(zhuǎn)換為單一的圓波導(dǎo)同軸TEM模式的、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、具有高功率容量的新型混合模式轉(zhuǎn)換器。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體成階梯狀圓柱體，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯增大；外導(dǎo)體為圓柱筒形狀，內(nèi)壁成階梯狀，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯減??；內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體同圓柱軸線，且階梯數(shù)都為η，η為正整數(shù)，內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體階梯改變的位置同步，即在同一個切面上改變到下一級階梯。
[0006]所述高功率微波圓波導(dǎo)插板混合模式轉(zhuǎn)換器還滿足以下條件:
外導(dǎo)體第一階梯半徑兄utl與內(nèi)導(dǎo)體第一階梯半徑Anl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸η個模式；外導(dǎo)體第二階梯半徑/Ctl與內(nèi)導(dǎo)體第二階梯半徑ZPinl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸η-1 個模式；以此類推，外導(dǎo)體第η階梯半徑兄utl與內(nèi)導(dǎo)體第η階梯半徑/Pinl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸I個模式，即圓波導(dǎo)同軸TEM模式。其中武utl > TPout2 >……
^outn-1〉^outn?友ini〈 n2〈友inn-1〈 ^inn0
[0007]頭際應(yīng)用時，Woutl、^out2、......W0Utn-1 '^outnj ^inlin2、......Ann-1、Αηη，A、Z2、......L^1、Ln等參數(shù)可以通過電磁仿真軟件(如CST、HFSS)進(jìn)行優(yōu)化，使總體反射達(dá)到最小，它能夠承受的功率容量值亦可通過該軟件仿真得到。
[0008]本發(fā)明的高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器的輸出口接高功率微波徑向線縫隙陣列天線的輸入口，高功率微波經(jīng)模式轉(zhuǎn)換器后輸出圓波導(dǎo)同軸TEM模式。高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體位置固定，共圓柱軸線，不會產(chǎn)生錯位。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:高功率微波在過模圓波導(dǎo)中以TMtln混合模式輸入該高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器，經(jīng)模式轉(zhuǎn)換后輸出圓波導(dǎo)同軸TEM模式。本發(fā)明體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、功率容量大、易于與高功率微波系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于高頻段的高功率微波混合模式輻射系統(tǒng)中，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明具體實施例一提供的高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器的軸向剖面圖；
圖2為圖1的A方向正視圖；
圖3為圖1的B方向正視圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，將TMtln混合模式(含有ΤΜμ、TM03模式，分別占總功率的70%、30%)轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)同軸TEM模，取η = 3。本發(fā)明高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器包括內(nèi)導(dǎo)體I和外導(dǎo)體2。內(nèi)導(dǎo)體成階梯狀，階梯半徑沿輸入至輸出方向逐漸階梯增大。外導(dǎo)體內(nèi)壁成階梯狀，階梯半徑沿輸入至輸出方向逐漸階梯減小。
[0012]具體地，針對例一，國防科技大學(xué)設(shè)計了中心頻率為14.5GHz的高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器，其口徑D =70mm，長度Z小于150mm。在中心頻點(diǎn)處，TMtln混合模式(含有TMQ1、TM03模式，分別占總功率的70%、30%)轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)同軸TEM模的轉(zhuǎn)換效率大于95%，系統(tǒng)功率容量大于1.5GW。
[0013]由上述結(jié)果可知，本發(fā)明這種實施方式具有反射小，功率容量高的特點(diǎn)。
[0014]以上，向熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員提供本發(fā)明的描述，以使他們易于理解與運(yùn)用本發(fā)明。對于熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員，對這些實施的各種變更是顯而易見的，而無需創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明并不限定在這里所述的方案，而是與所述的權(quán)利要求一致的范圍。
【權(quán)利要求】
1.高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，其特征在于， 所述內(nèi)導(dǎo)體成階梯狀圓柱體，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯增大； 所述外導(dǎo)體為圓柱筒形狀，內(nèi)壁成階梯狀，階梯半徑沿輸入至輸出方向階梯減?。凰鰞?nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體同圓柱軸線，且階梯數(shù)都為η，η為正整數(shù)，內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體階梯改變的位置同步，即在同一個切面上改變到下一級階梯； 所述模式轉(zhuǎn)換器末端為輸出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述外導(dǎo)體的第一階梯半徑兄utl與內(nèi)導(dǎo)體的第一階梯半徑Anl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸η個模式；外導(dǎo)體第二階梯半徑/Ctl與內(nèi)導(dǎo)體第二階梯半徑ZPinl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸η-1個模式；以此類推，外導(dǎo)體第η階梯半徑兄utl與內(nèi)導(dǎo)體第η階梯半徑/Pinl組成的同軸圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中只能傳輸I個模式，即圓波導(dǎo)同軸TEM模式，其中式utl > TPout2 >……^outn-1〉^outn?友ini〈 n2〈友inn-1〈 ^inn0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述高功率微波圓波導(dǎo)階梯混合模式轉(zhuǎn)換器的輸出口接高功率微波徑向線縫隙陣列天線的輸入口，高功率微波經(jīng)模式轉(zhuǎn)換器后輸出圓波導(dǎo)同軸TEM模式。
【文檔編號】H01P5/08GK103956551SQ201410221121
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】袁成衛(wèi), 彭升人, 舒挺, 張強(qiáng), 張軍, 張曉萍, 葛行軍, 靳振興 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)