快速优化折叠波导器件中矩形过渡结构的理论方法（英文）

本文推导了基于模式耦合理论的方程组,用于加快和简化折叠波导器件中矩形过渡结构的设计过程。作为功率耦合结构的一个重要组成部分,两种常用的结构将被考虑用来匹配折叠波导慢波结构的矩形波导TE10模式和标准输出矩形波导中的TE10模式。通过比较发现,在同样的反射水平下,锥形过渡结构比阶梯过渡结构长得多,但同时前者却自然具有更快的带宽和对结构误差不敏感的特性。作为算例,设计了220GHz折叠波导返波管中可能用到的阶梯过渡结构和锥形过渡结构,并进行了误差分析。设计过程中用到的理论方法最终用数值模拟的方法进行了验证,取得了很好的一致性。基于该高精度理论方法的设计耗时不过几分钟。     

基于锥形渐变不对称耦合的模式复用/解复用器

设计了一种采用锥形渐变不对称耦合结构的模式复用/解复用器,并利用商用的0.18μm互补金属氧化物半导体兼容工艺进行制备.通过控制锥形波导的宽度,基于模式有效折射率匹配原则,实现锥形波导中的基模与多模波导中的高阶模式相互转化.测试结果表明:当器件用于TE0、TE1和TE2三个模式复用与解复用时,在1 530nm到1 570nm波长范围内,串扰低于-8.05dB;而当器件复用与解复用TE0和TE2时,串扰低于-16.43dB.     

HL-2A装置低杂波天线TE10模过渡段设计

介绍了将 3-dB 功率分配器、模式转化器、耦合器、水负载等常规波导器件发展为单元模块集成部件的基于 PAM 概念的新一代低杂波天线,利用耦合模理论分析设计了TE10 模过渡段的结构参数,使用高频电磁场仿真软件 HFSS 进行结构仿真和参数优化,得到了过渡段长度为 370mm,驻波比为 1.0012、反射损耗为-65....     

圆波导TM_(01)-矩形波导TE_(10)模式转换器

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10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。仿真结果表明:中心频率为9.7GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%,回波损耗小于-40dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强,提高功率容量,注入功率0.7GW,其表面场强小于1 MV/cm。     

矩形波导TM_(11)-TE_(10)模式转换器的初步设计

设计了一种矩形波导隔断插板式TM11-TE10模式转换器。其结构是在矩形波导横截面窄边的中部,平行于横截面宽边插入一块金属平板,将其等分为上下两个矩形波导,将TM11模式转换为分别位于上下两个矩形波导内相位相反的TE10模式。然后分别在上下两个矩形波导内,平行于窄边等间距地插入一组金属薄板。TE10模式微波经过轴向长度差为合适值的上下两组插板后,相移差变为180°,使原本相位相反的TE10模式转为同向,最后通过阻抗渐变合成单个波导的TE10模式。该模式转换器可与带状电子束高功率微波源共轴,其横向最大尺寸可与带状电子束高功率微波源矩形输出口保持一致,轴向长度较短,结构简单、紧凑。利用有限元算法仿真软件,对该设计方案进行了验证和初步优化设计。初步的设计结果表明:当相对带宽为10%时,TM11至TE10模式的转换效率大于-0.45 dB,可满足带状电子束高功率微波源对输出结构的设计要求。     

高功率微波弯曲矩形波导设计

 利用模式耦合理论,在理论推导出弯曲矩形波导TE01模和高阶模之间耦合系数显式表达的基础上,对弯曲矩形波导进行了实例研究。HFSS软件数值仿真结果表明：设计的矩形波导TE01-TE02模式转换器在9.5 GHz转换效率达到99.9%,转换效率大于90%的工作带宽为8.60～10.48 GHz;设计的弯曲矩形波导传输线,可有效传输TE01模,不激励起高阶模式。HFSS数值仿真结果验证了所设计的传输线工作带宽和功率容量均能够满足使用要求。     

高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器

基于模式匹配法分析了高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器在传输过程中高阶模式的传输和反射问题,分析得到了高传输效率对过模圆波导的要求,并以此仿真设计了中心频率为2.88GHz的功分器,设计结果表明:在中心频率下反射系数为0.05,对应的圆波导TM01模到矩形波导TE10模传输效率大于99%,真空中功率容量为2.83GW;在2.82~2.94GHz的频带范围内反射系数小于0.1,对应的传输效率大于98%。     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

 基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。     

Ka波段高功率斜角弯头的设计

介绍了一种基于准光技术的高功率斜角弯头的设计方法,可实现圆波导TE0m模式的高效转弯传输。使用模式变换器将工作模式TE0m转换成锥形高斯模,经过转弯后,锥形高斯模被重新转换成工作模式。这种锥形高斯模可以减少波束在镜面的衍射,从而实现工作模式的高效率转弯传输。基于这一方法,设计了工作在Ka波段、工作模式TE01的MW级波导斜角弯头。HFSS计算结果表明: 在8%的带宽内,传输效率大于98%。     

8mm高功率过模弯曲圆波导TE01—TM11模式变换

在模式耦合理论的基础上,采用传统的波导轴线常弯曲和改进的波导轴线正弦弯曲方法,对TE01—TM11模式变换器的几何结构进行优化分析,得到了最优几何参量.以波导轴线正弦弯曲结构设计的8mm高功率圆波导TE01—TM11模式变换器的转换效率达到99%,带宽超过32%.同时还研究了蛇形线圆波导TE01—TE11模式变换器 关键词： 圆波导 弯曲波导 模式变换 耦合波方程     

折叠矩形槽波导行波管输入输出过渡波导

为了将槽波导端与标准矩形波导相连接,设计了一种适用于折叠槽波导结构行波管的输入输出过渡波导, 可将其视为槽宽渐变的双槽加载矩形波导。利用电磁仿真软件CST微波工作室对该结构进行仿真计算,讨论了各个结构参数对其性能的影响。对比了直线渐变、抛物线渐变和指数渐变3种槽宽渐变规律在W波段对其传输特性及损耗特性的影响。研究结果表明:指数渐变结构的驻波系数小于1.15的带宽比其他两种结构都要宽,且在90~99 GHz、驻波系数小于1.25时,该结构的整体长度也远小于另外两种结构,能够实现良好的过渡效果; 而直线渐变结构的损耗在90~97 GHz为最低。     

同轴TEM-矩形TE10模式变换器的优化设计

用ＨＦＳＳ软件和网络理论对Ｓ波段同轴ＴＥＭ－矩形ＴＥ１０模式变换器进行了优化设计。同轴波导工作于过模状态,可同时传输ＴＥＭ、ＴＥ１１、ＴＥ２１模。模式变换器可应用于高功率微波的能量提取系统,优化设计方法可用于通过短路活塞来实现调配的同轴－矩表、圆波导－矩形的模式变换器。     

同轴TEM－余矩形TE10模式变换器的优化设计

 用HFSS软件和网络理论对S波段同轴TEM－矩形TE₁₀模式变换器进行了优化设计。其中同轴波导工作于过模状态,可同时传输TEM、TE₁₁、TE₂₁模。模式变换器可应用于高功率微波的能量提取系统,优化设计方法可用于通过短路活塞来实现调配的同轴－矩形、圆波导－矩形的模式变换器。     

毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接,通过等效电路分析与电磁计算软件模拟,设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构,分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明,经过合理优化的设计,3种过渡结构均可以使反射系数在28~40 GHz波段小于0.05。     

The study of synchronization in the periodic nonuniform folded waveguide

The periodic nonuniform folded waveguides are special structures, the physical dimension of which is between the periodic folded waveguide and the tapering period folded waveguide. Therefore, the synchronization between the microwave and the electron beam can be maintained in the whole interaction process and the periods are not tapered. In comparison with the tapering period folded waveguide, the theoretical analysis and the technological requirements for this structure are more convenient. In order to study this structure, the space harmonics are analysed, the conditions to make the m-th space harmonic synchronizing with the electron beam in the whole interaction process are present, and the dispersion curve and the coupling impedance curve are obtained by the simulation software HFSS.     

95 GHz TE03模回旋管内置渐变波导设计

在耦合波理论的基础上,结合波导渐变曲线给出了普适高阶渐变波导设计方法,研究了95 GHz回旋管内置 TE03模式改进Dolph-Chebychev渐变波导。采用编制的数值计算程序进行优化,得到了可靠的最优几何参量,设计出了紧凑的95 GHz渐变波导。经全电磁场仿真验证,该内置渐变输出结构对杂模的抑制达30 dB,满足设计要求。回旋管的热测实验中测出的模式样图表明,所设计的内置渐变波导有效地实现了回旋管内径变化。该方法可以高效地指导高阶过模圆波导渐变结构的设计。     

Composite optical waveguide composed of a tapered film of bromothymol blue evaporated onto a potassium ion-exchanged waveguide and its application as a guided wave absorption-based ammonia-gas sensor

For what is the first time to our knowledge, we have successfully evaporated a tapered film of bromothymol blue (BTB) onto a potassium ion-exchanged (PIE) waveguide to form a composite optical waveguide (COWG) for trace-ammonia detection. The BTB film has a high refractive index (1.69) and a smooth surface and is transparent to a 633-nm laser beam in air. In the COWG structure, the BTB film serves as a single-mode waveguide, and adiabatic transition of the TE(0) mode was realized between the BTB waveguide and the PIE waveguide with both BTB tapers. In the presence of ammonia, the BTB film changes color from yellow to blue, which causes absorption of the 633-nm guided wave. Our experimental results demonstrate that such a guided wave absorption-based ammonia-gas sensor is much more sensitive than one based on evanescent-wave absorption. A detection limit of part in 10(9) of ammonia has been realized for a BTB film-PIE glass COWG.     

矩形阶跃波导中波束分裂的研究

 使用匹配场法分析了矩形阶跃波导中场的叠加和分裂特性, 并用数值分析方法研究了场分布与传播距离的关系, 模拟了TE₁₀波由一束分裂成两束的转化过程。从而为计算相应的硬件装置做了理论准备, 并为进一步探讨FEM 系统奠定了基础。     

用于速调管功率合成输出结构的转向波导设计

 为X波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9 GHz的转向波导,用于连接功率合成器和速调管输出腔。转向波导结构由中心矩形谐振腔、两个矩形耦合孔和两边的输入输出波导组成;输入和输出波导由速调管输出腔和功率合成器确定,分别工作在TE₁₀和TE₀₁模式,它们相互垂直并偏离矩形谐振腔的中心;中间的矩形谐振腔工作在TM₁₁₀,TE₁₀₁和TE₀₁₁混合模式。这种转向波导结构的3个反射零点构成了较宽的传输通带。将连接转向波导结构的功率合成器加载到速调管输出腔,计算了功率合成器加载后速调管输出腔的间隙阻抗。计算结果表明：功率合成器的加载对输出腔间隙阻抗影响不大。设计的转向波导结构很好地应用到了速调管功率合成输出结构中。     

V波段圆波导TE_(01)模式激励器

V波段圆波导TE01模式激励器由矩形TE10模式到矩形TE20模式变换器和矩形TE20模式到圆波导TE01模式变换器组成。采用H面(磁面)转弯激励的方式实现矩形TE10模式到矩形TE20模式的变换;根据圆波导TE01模式的场分布特性,引入过模波导实现了矩形TE20到圆波导TE01的变换。计算结果表明设计的激励器转换效率在95%以上;模式纯度在98%以上的相对带宽可达4.2 GHz;其中在43.4 GHz处的最大转换效率为99.08%,纯度为99.20%。