一种新型同轴TEM-圆波导TE11模式变换器

 提出了一种新型同轴插板式模式变换器，可以实现同轴TEM到圆波导TE₁₁模式的变换。介绍了这种模式变换器的工作原理：即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板，将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE₁₁模，进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性，在同轴波导中形成同轴TE₁₁模，最后将同轴TE₁₁模转换为圆波导TE₁₁模式。基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM-圆波导TE₁₁模式变换器，并进行了数值模拟。模拟结果表明：这种模式变换器可以承受高功率，中心频率上转换效率为98.5%，转换效率大于90%的带宽超过10%，在3.5~4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB。     

全腔输出相对论磁控管输出模式转换结构的理论设计和数值模拟

采用全腔输出结构后,相对论磁控管径向尺寸显著减小,轴向长度也有较大幅度的缩短.但是,由于输出结构为三个相对独立的扇形波导,实际应用时,一般需要对微波输出模式进行转换.针对全腔输出相对论磁控管,本文研究了两种输出模式转换结构并利用三维全电磁粒子模拟程序对其进行了研究.首先研究了将三个扇形波导角向增宽从而渐变或者突变为一个同轴波导的情况,研究结果表明,两种情况下输出微波功率均大于采用传统三个独立扇形波导输出时的90%,输出模式主要是TEM模.其次研究了输出区由三个扇形输出波导分别变换为三个截面大小与之接近的矩形输出波导的可行性,研究结果表明,注入扇形波导中的TE₁₁模式几乎全部转换为矩形波导中的TE₁₀模式.实际应用时,可根据需要选择上述输出模式转换结构.     

双微波源共轴辐射馈线结构的设计

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换,而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移;采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器,实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。     

Analysis of High Power Millimeter Wave Waveguide Mode Converters with Input Mode Mixture

Based on the coupled mode theory, this paper presents the study on the influence of input mode mixture in circular oversized waveguide mode converters. Three kinds of commonly used waveguide mode converters, including the waveguide mode converters with varying wall radius or small axis perturbations, and the waveguide mode converters with bent structures, are taken as the examples. The results show that the spurious input modes do not simply superimpose onto the output modes, and in some cases they may deteriorate the conversion efficiency for the main output mode. Methods for transforming such spurious input mode mixture simultaneously into the main output mode are also presented in this paper.     

双微波源共轴辐射馈线结构的设计

设计了一种将两个不同波段微波源输出微波馈向同一个馈源喇叭的双波段馈线结构。该结构不仅对两个微波源输出的TM01模进行了有效的模式转换,而且实现了两个波段的微波共用辐射天线。采用双弯曲圆波导模式转换器实现高频段微波源输出微波的模式转换和轴线的定量平移;采用中间模式为矩形波导TE10模的圆波导TM01模-同轴波导TE11模的模式转换器,实现低频段微波源输出微波的模式转换及与高频段微波源输出微波的共轴输出。数值仿真结果验证了设计思路的正确性。     

低过模高功率微波方圆模式转换器设计

设计了一种结构简单的高功率微波方圆模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。转换器工作在C波段,中心频率4.1 GHz,其输入端口和输出端口相互垂直。计算和仿真结果表明:中心频率处该模式转换器的转换效率可达99%,回波损耗小于-20 dB,转换效率大于90%的带宽大于0.2 GHz。转换器整体3维尺寸都只有10 cm左右。     

径向线型模式变换器

研究了一种通过改变波导内场分布的旋转对称性,可将高功率微波源输出的TEM模或TM01模转换为TE11模的径向线型模式变换器。介绍了该模式变换器的基本原理,即采用金属插板将同轴波导TEM模变换为4路90°扇形波导TE11模,各路扇形波导间所需的输出相位差通过将扇形波导转换为双层径向线传输来实现。基于这一原理,设计了一个中心频率为1.6 GHz的同轴TEM-TE11模式变换器,并进行了数值模拟计算,结果表明该模式变换器具有较高的功率容量,中心频率处反射系数为0.05,模式转换效率为99%,在1.52~1.68 GHz的频带范围内,模式转换效率大于90%。     

组合型TM01-TE11弯形圆波导模式转换器研究

研究了组合型TM01-TE11弯形圆波导模式转换器（两弯曲段中间加一段直圆波导）,在保持其输出与输入端口轴线平行的前提下,分别从理论推导、数值计算、软件模拟三个方面对此结构进行了分析,模拟结果与数值计算结果吻合得很好。结果表明：计及功率损耗,频率为3.75 GHz,铜波导内径为9.0 cm,轴向间距为10.57 m时,模式转换器总的功率转换效率为93.8%。     

组合型TM01-TE11弯形圆波导模式转换器研究

 研究了组合型TM₀₁-TE₁₁弯形圆波导模式转换器（两弯曲段中间加一段直圆波导），在保持其输出与输入端口轴线平行的前提下，分别从理论推导、数值计算、软件模拟三个方面对此结构进行了分析，模拟结果与数值计算结果吻合得很好。结果表明：计及功率损耗，频率为3.75 GHz，铜波导内径为9.0 cm，轴向间距为10.57 m时，模式转换器总的功率转换效率为93.8%。     

Magnetic-Type Waves in a Tapered Waveguide of Subwavelength Cross Section

The characteristics of electromagnetic waves in a narrowing waveguide are investigated. A method for field analysis is developed based on the application of transverse modes parametrically dependent on the longitudinal coordinate. For a circular cross section waveguide, a system of equations for the wave amplitudes is obtained, the waves being coupled owing to a variable tilt of the walls. It is shown that in the adiabatic approximation, there exist independent eigenwaves whose structure reflects the field energy density variation due to the waveguide radius variation. A detailed analytical and numerical investigation of these fields has been carried out for a waveguide with a special profile of hypergeometric type. The applicability of the adiabatic approximation is studied and conversion of the fundamental mode into higher-order modes is assessed. The amplitudes of the higher-order modes are obtained using the Green function for ordinary differential equations. The region of the waveguide parameters is found where the higher-order mode amplitudes are not great and the adiabatic approximation is highly accurate. The dependence of the transmittance of a semi-infinite waveguide on the input radiation characteristics is obtained. It is established that the field amplitudes at the waveguide output strongly depend on the wavelength of the input radiation, on its transverse structure, and the waveguide profile steepness. The greatest output fields take place in the case of an abrupt dependence of the waveguide radius on the longitudinal coordinate.     

基于波导模式变换的圆波导TE62模式激励器的研究

基于不规则波导模式匹配法以及缓变波导中电磁波模式耦合理论,研究了一种W波段圆波导TE₆₂模式激励器. 该波导模式激励器采用矩形波导TE₁₀模式通过侧壁耦合馈入同轴波导,利用同轴波导的选模特性激励TE₆₁模式;随后利用轴向半径周期微扰的圆波导实现TE₆₁–TE₆₂模式变换. 文中推导了矩形-同轴波导模式匹配理论,系统研究了波导结构缓变参数对模式变换效率的影响,完成了模式变换器的优化仿真设计,数值计算结果表明：中心频率处TE₆₂模式的转换效率为94.5%,纯度为98.16%,效率85%以上带宽达到1 GHz,能够满足回旋管冷测的要求. 关键词： 同轴波导 模式变换 耦合模理论 半径微扰     

高功率弯波导TE_(01)—TM_(11)模式变换临界角分析

在模式耦合理论的基础上 ,采用传统的波导轴线圆弧弯曲的方法 ,对TE0 1—TM11模式变换器的临界角进行了全面的优化分析。得出在临界角情况下 ,若考虑多模因素 ,则不能使TE0 1—TM11的能量发生全转换 ,而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近 ,且转换的效率与弯波导曲率相关。     

TM01-TE11弯形圆波导模式转换器的优化设计

通过数值模拟与理论计算,对TM01-TE11弯形圆波导模式转换器进行了分析,得出了TE11模式的功率转换效率的解析公式。在保持其出射端口与入射端口轴线平行的情况下,通过减小波导内半径,从而减小波导轴线长度,实现了其结构的小型化设计。当转换器的两段轴线曲率半径相等时,理论计算结果与模拟结果相吻合,且功率转换效率高。优化结果为：波导内径为7.0 cm,模式转换器出射端口与入射端口的轴线间距为8.03 cm,轴向长度为15.11 cm;频率在3.41~3.74 GHz内,功率转换效率超过90%,其中频率为3.60 GHz时,转化效率为95.6%。     

一种适用于脉冲Nd^3＋：YAG激光器的新型横模控制谐振腔

本文报道了一种新型横模控制谐振腔——圆形空心波导谐振腔。实验表明这种新型横模控制诣振腔与腔内加小孔光阑的横模控制谐振腔相比,有基模TEM_∞输出效率明显增高和远场发散角大大减小等优点,文中对其限横模机理进行了分析和讨论。     

TLCODE模拟方法介绍

探讨了TLCODE传输线模拟方法的基本原理、求解方法及步骤，推导了传输线驱动电阻负载、静态电感负载和混合型负载三种典型负载时末端界面电压的表达式，用PSPICE构造一个电路模型，以静态电感负载的计算结果为例，对所介绍的TLCODE方法及推导的公式模型予以验算。结果表明，在计算负载电压时，TLCODE与PSPICE的最大偏差仅为0.2%,在计算电流时，最大偏差仅为0.1%。     

高功率弯波导TE01-TM11模式变换临界角分析

在模式耦合理论的基础上,采用传统的波导轴线圆弧弯曲的方法,对TE01-TM11模式变换器的临界角进行了全面的优化分析。得出在临界角情况下,若考虑多模因素,则不能使TE01-TM11的能量发生全转换,而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近,且转换的效率与弯波导曲率相关。     

相对论返波管模式变换器的研究

 根据相对论返波管的需求设计计算了一种模式变换器兼反射器。它将工作模式TM₁₁模转换成TE₁₁模的同时将TE₁₁模反射回去,用普通的喇叭形成高斯波束发射输出。在我们的设计方案中,它是旁壁对称正弦波纹的圆波导,变换器的中心频率为10GHZ。数值模拟结果显示,变换器的长度为7个周期时,中心频率点转换的效率已经超过了90％,工作频带能够达到± 0.3GHz。     

相对论返波管模式变换器的研究

根据相对论返波管的需求设计计算了一种模式变换器兼反射器。它将工作模式TM11模转换成TE11模的同时将TE11模反射回去,用普通的喇叭形成高斯波束发射输出。在我们的设计方案中,它是旁壁对称正弦波纹的圆波导,变换器的中心频率为10GHZ。数值模拟结果显示,变换器的长度为7个周期时,中心频率点转换的效率已经超过了90％,工作频带能够达到± 0.3GHz。     

Waveguide tapering for beam-width control in a waveguide transducer

In a waveguide transducer that transmits an ultrasonic wave through a waveguide unit to a test structure, it is most preferred to send a non-dispersive ultrasonic wave of a narrow beam width. However, there is an unresolved conflict between the generation of the non- or less-dispersive wave and the transmission of a narrow-beam wave into a test structure. Among others, the thickness of the waveguide unit in a waveguide transducer is the key variable determining these two conflicting criteria, but the use of a uniformly-thick waveguide of any thickness cannot fulfill the two conflicting criteria simultaneously. In this study, we propose a specially-engineered tapered waveguide unit for the simultaneous satisfaction. An excitation unit is installed at the end of the thin region of the tapered waveguide and generates only the lowest non-dispersive shear-horizontal wave. Then the generated wave propagates through the tapered region of the waveguide unit and reaches the thick region of the waveguide with insignificant mode conversion to higher modes. If the tapered waveguide is used, the surviving lowest mode in the thick region of the waveguide is shown to carry most of the transmitted power and is finally propagated into a test structure. Because the beam size of the propagated wave and the thickness of the contacting waveguide region are inversely related, the thick contacting region of the tapered waveguide ensures narrow beam width. Numerical and experimental investigations were performed to check the effectiveness of the proposed waveguide-tapering approach.     

高功率圆波导TE0n-TE11模式变换研究

在模式耦合理论的基础上,详细讨论了波导轴线弯曲与波导半径渐变的圆波导模式变换,并对TE0n-TE11模式变换器的几何结构进行了优化分析,采用不同的相位重匹配技术,得到了可靠的最优几何参量。以此数据设计的8mm回旋速调管TE01-TE11模式变换器的转换效率可达98%。