本發(fā)明涉及微波毫米波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及毫米波固態(tài)功率合成技術(shù)和高功率傳輸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

圓波導(dǎo)中存在多種傳輸模式，其中te11模、te01模和tm01模是最為常用的三種模式。在這當(dāng)中，te11模是圓波導(dǎo)的最低模式，由于容易發(fā)生極化簡并，所以一般不用于作為傳輸模式，但利用其極化簡并現(xiàn)象，可制成微波器件如極化衰減器、極化變換器等；tm01波的特點(diǎn)則是電場呈輻射狀軸對(duì)稱，壁面電流只有縱向分量，可用于做天饋系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或直線電子加速器中的諧振腔；te01波的場分布具有軸對(duì)稱性，當(dāng)把它用作徑向功率合成網(wǎng)絡(luò)中圓波導(dǎo)的工作模式時(shí)，能夠使得多路等功率輸出和相位相同。同時(shí)由于te01模的電力線是分布在圓波導(dǎo)橫截面內(nèi)的閉合曲線，在管壁附近只有hz分量，因此在波導(dǎo)壁上只有沿圓周方向的表面電流，沒有縱向電流，在傳輸功率不變時(shí)，te01波型的衰減常數(shù)隨頻率的升高而降低，這一特性使得te01模十分適合用作毫米波遠(yuǎn)距離傳輸以及用作高q值諧振腔的工作模式。但te01不是最低次模，所以采用te01模必須設(shè)法抑制其他模式的寄生。另外，由于在實(shí)驗(yàn)室測試儀器的接口都是同軸線和矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由于測試的不方便性，圓波導(dǎo)一般都不會(huì)直接作為輸入輸出接口。所以依據(jù)設(shè)計(jì)要求，一般需要將圓波導(dǎo)口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)接口，即在圓波導(dǎo)信號(hào)的輸入前端添加矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器，使得矩形波導(dǎo)的te10模能夠轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)中te01模。綜上，研制性能優(yōu)良的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要。

一般通用的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器主要有marine型模式轉(zhuǎn)換器和花瓣型模式轉(zhuǎn)換器。marine型模式轉(zhuǎn)換器是基于模式漸變原理設(shè)計(jì)的，通過使用變形的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，把波逐步轉(zhuǎn)換為需要的模式。marine型模式轉(zhuǎn)換器的工作頻帶較寬，電路的損耗不大，但這種模式轉(zhuǎn)換器所需的傳輸長度通常較長，且其結(jié)構(gòu)多處有很大的形變，很難能夠建立好其模型。而且marine型模式轉(zhuǎn)換器所需的加工要求高，加工的成本高，加工時(shí)間很久。

花瓣型模式轉(zhuǎn)換器由兩部分組成：一是輸入功分器部分。輸入的矩形波導(dǎo)te10模經(jīng)過級(jí)聯(lián)的兩級(jí)e-t功分器后把輸入信號(hào)分成四等份，這四路信號(hào)在從圓波導(dǎo)側(cè)壁注入時(shí)沿圓周方向依次相距90度變化。二是波導(dǎo)模式變換部分。利用四路十字正交的矩形波導(dǎo)te10波激勵(lì)來得到圓波導(dǎo)的te01模，從而實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)te10模轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)te01模的目的，這種轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和寬頻帶的同時(shí)，能保證較低的損耗，且其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于加工實(shí)現(xiàn)。但由于圓波導(dǎo)te01模是圓波導(dǎo)中的第五高次模，在傳統(tǒng)花瓣型模式轉(zhuǎn)換器中，對(duì)圓波導(dǎo)中低次模式的抑制度不夠，激勵(lì)起的圓波導(dǎo)中te01模式不純，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

本發(fā)明提出了一種新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器。該模式轉(zhuǎn)換器在傳統(tǒng)花瓣型模式轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，沿矩形波導(dǎo)窄邊中心插入4片平行于相應(yīng)矩形波導(dǎo)h面的金屬膜片，在把矩形波導(dǎo)te10模轉(zhuǎn)換為圓波導(dǎo)te01模的同時(shí)，能很好地抑制圓波導(dǎo)中多個(gè)低次模的傳輸，提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，其矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式的轉(zhuǎn)換效率也得到了一定提高，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于多種微波毫米波系統(tǒng)的，能工作在較寬的頻帶范圍內(nèi)的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明整體模型如圖1所示，圖2為模式變換器細(xì)節(jié)圖。如圖1所示，本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器其作為輸入的一分四路e-t功分器和傳統(tǒng)花瓣型模式轉(zhuǎn)換器的一分四路e-t功分器相差無幾，其主要改進(jìn)在第二部分，即模式變換部分。如圖2所示，改進(jìn)的模式變換部分其構(gòu)架主要包括：側(cè)壁開孔且一端短路的圓波導(dǎo)；位于圓波導(dǎo)短路面中心的匹配圓臺(tái)；4路減高波導(dǎo)輸入；連接減高波導(dǎo)到圓波導(dǎo)側(cè)壁的矩形波導(dǎo)漸變過渡段；以圓波導(dǎo)軸心為軸徑向?qū)ΨQ，沿矩形波導(dǎo)窄邊中心插入的平行于矩形波導(dǎo)h面的4片金屬膜片。由矩形波導(dǎo)口饋入的te10模信號(hào)經(jīng)本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器后，將由圓波導(dǎo)端口合成輸出高純度的圓波導(dǎo)te01模。

在本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器(如圖1和圖2所示)中，4路減高波導(dǎo)尺寸大小完全相同，其寬邊保持不變，窄邊高度采用線性漸變到與圓波導(dǎo)側(cè)壁連接處波導(dǎo)口高度。4路輸入矩形波導(dǎo)沿圓波導(dǎo)外圍徑向排列，空間上呈十字正交形，矩形波導(dǎo)e面與圓波導(dǎo)軸向相互垂直。

在本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器中，按軸對(duì)稱徑向排列的4片金屬膜片(如圖3)具有相同的結(jié)構(gòu)和尺寸，每片都與對(duì)應(yīng)的輸入矩形波導(dǎo)h面平行，且位于矩形波導(dǎo)窄邊中心位置。金屬膜片一端伸向矩形波導(dǎo)內(nèi)部，其高度與矩形波導(dǎo)寬邊a一致，其伸入矩形波導(dǎo)內(nèi)的長度l可通過電磁場仿真優(yōu)化得到；另一端伸向圓波導(dǎo)內(nèi)部，與匹配圓臺(tái)銜接。伸向圓波導(dǎo)內(nèi)的金屬膜片下端與圓波導(dǎo)短路面相連，上端與波導(dǎo)上臂齊平。

在本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器中，4路輸入矩形波導(dǎo)e面與圓波導(dǎo)軸向相互垂直，在空間上呈十字正交形，矩形波導(dǎo)工作于te10模式，圓波導(dǎo)工作于te01模式。4路輸入矩形波導(dǎo)的底面到圓波導(dǎo)短路面的距離為dh可通過電磁場仿真優(yōu)化得到。

在本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器中，位于圓波導(dǎo)短路面中心的圓臺(tái)用以實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)到圓波導(dǎo)口的良好匹配，該匹配圓臺(tái)的半徑rm和高度hm可通過電磁場仿真優(yōu)化得到。

本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器中，其特點(diǎn)是：1.插入損耗?。?.高功率容量，通常金屬波導(dǎo)的功率容量高于其他集成傳輸線，且圓波導(dǎo)te01模式具有極高功率容量特性；3.圓波導(dǎo)中te01模純度高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定；4.其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于加工實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器實(shí)施例的細(xì)節(jié)圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的圓波導(dǎo)端口te01模式反射系數(shù)。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的各矩形波導(dǎo)支路端口-圓波導(dǎo)端口te01模式傳輸系數(shù)幅度。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的各矩形波導(dǎo)支路端口-圓波導(dǎo)端口te11模式傳輸系數(shù)幅度。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的圓波導(dǎo)端口te01波與te11波的相對(duì)功率。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1、2所示，本具體實(shí)施例為一個(gè)8毫米波段新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器。在實(shí)施例中，一端短路的輸出圓波導(dǎo)，其半徑大小的選取至關(guān)重要。在本實(shí)施例中，其半徑選取規(guī)則是：要能滿足所需工作模式te01的傳輸，同時(shí)抑制其以下高次模的傳輸，這里選取圓波導(dǎo)的半徑為r＝6.4mm，記為端口1。4路輸入矩形波導(dǎo)尺寸結(jié)構(gòu)相同，其輸入窄邊高度為b0＝2.8mm，窄邊由b0逐漸線性變化至圓波導(dǎo)側(cè)壁連接處波導(dǎo)口窄邊高度b1＝7.2mm，輸入矩形波導(dǎo)寬邊尺寸a始終保持不變，為7.112mm，4路輸入矩形波導(dǎo)的底面到圓波導(dǎo)短路面的距離為dh＝1mm。這里依次記4路輸入矩形波導(dǎo)端口為2-5。

圓波導(dǎo)內(nèi)匹配圓臺(tái)位于圓波導(dǎo)短路面中心，其半徑rm＝3.2mm，高度hm＝2.6mm。

圖2為本實(shí)施例新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器其模式變換器的細(xì)節(jié)展示，本實(shí)施例中金屬膜片共有4片，安插于相應(yīng)的4路矩形波導(dǎo)窄邊中心，并與每路輸入矩形波導(dǎo)的h面平行。金屬膜片一端伸向矩形波導(dǎo)內(nèi)部，其高度與矩形波導(dǎo)寬邊a一致，其伸入矩形波導(dǎo)內(nèi)的長度l＝5.1mm；另一端伸向圓波導(dǎo)內(nèi)部，與匹配圓臺(tái)銜接。伸向圓波導(dǎo)內(nèi)的金屬膜片下端與圓波導(dǎo)短路面相連，上端與波導(dǎo)上臂齊平。

圖3-6為本發(fā)明實(shí)施例的電磁場仿真結(jié)果。在圖3中，本發(fā)明實(shí)施例的圓波導(dǎo)端口te01模式反射系數(shù)在32-36ghz范圍內(nèi)≤-23db；在35.2ghz達(dá)到最小，為﹣40db。圖4中，在32-36ghz范圍內(nèi)，本發(fā)明實(shí)施例的各矩形波導(dǎo)支路端口-圓波導(dǎo)端口te01模式傳輸系數(shù)幅度為-6.03db左右，最大為-6.01db，最小值為-6.05db；和理論值-6db相比可知，本發(fā)明實(shí)施例的各矩形波導(dǎo)支路端口-圓波導(dǎo)端口傳輸損耗小于0.05db，且幅度一致性良好。由圖5可見，最大的干擾模式te11模到各端口的傳輸系數(shù)基本達(dá)到了-10db以下。由圖6可見，本發(fā)明所述te10-te01模式轉(zhuǎn)換器的圓波導(dǎo)端口，所需工作模式te01模的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于te11模的強(qiáng)度?？梢?，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了由矩形波導(dǎo)口饋入的te10模成功激勵(lì)起圓波導(dǎo)中純度較高的te01模，提高了所需工作模式的轉(zhuǎn)換效率并保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

由以上結(jié)果可以看出，本發(fā)明所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器在八毫米波頻段實(shí)現(xiàn)了由矩形波導(dǎo)口饋入的te10波成功激勵(lì)起圓波導(dǎo)中高純度的te01波，提高了所需工作模式te01模的轉(zhuǎn)換效率并保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。由實(shí)施例可以看出，本發(fā)明所述所述新型的矩形波導(dǎo)te10-圓波導(dǎo)te01模式轉(zhuǎn)換器插入損耗小，能在寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)圓波導(dǎo)內(nèi)低次模式的抑制，具有廣泛的應(yīng)用前景。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。