圆波导TM01-TE11模式变换器

提出了一种在圆波导中添加金属分割片及半边金属管壳的结构以实现圆波导TM01-TE11模式转换。通过金属分割片将圆波导分成两个半圆区域：其中一个半圆区域为空波导,另一半圆区域为填充一定厚度金属管壳的空波导。在S波段对设计的中心频率为2.8 GHz的物理模型进行数值模拟与实验研究,模拟结果表明：在中心频率2.8 GHz转换效率为99.56%,反射率低于0.01;在2.716~2.946 GHz频带内转换效率大于90%,S11小于-10 dB。实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致,证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性     

回旋速调管变周期TE01-TE11模式变换器

针对蛇形圆波导变换器尺寸大和带宽窄的不足,提出了变周期蛇形圆波导模式变换器,以实现TE01到TE11模式的高效率转换。根据耦合波方程,编制了优化计算程序,对工作于30.5 GHz、半径为16 mm的变周期以及传统蛇形变换器几何结构分别进行了优化计算,得到了可实现最高模式变换效率的几何参量。计算结果表明:传统结构变换器最优长度长达1 056.97 mm,转换效率98.1%,90%以上转换带宽也仅为3.3%;变周期变换器最优长度为769.53 mm,转换效率为99.3%,90%以上转换带宽为5.9%。变周期结构相对于传统结构的模式变换器具有尺寸小和带宽宽的明显优势。测试表明所提出的模式变换器具有良好的模式变换性能。     

回旋速调管变周期TE01-TE11模式变换器

针对蛇形圆波导变换器尺寸大和带宽窄的不足,提出了变周期蛇形圆波导模式变换器,以实现TE01到TE11模式的高效率转换。根据耦合波方程,编制了优化计算程序,对工作于30.5 GHz、半径为16 mm的变周期以及传统蛇形变换器几何结构分别进行了优化计算,得到了可实现最高模式变换效率的几何参量。计算结果表明：传统结构变换器最优长度长达1 056.97 mm,转换效率98.1%,90%以上转换带宽也仅为3.3%;变周期变换器最优长度为769.53 mm,转换效率为99.3%,90%以上转换带宽为5.9%。变周期结构相对于传统结构的模式变换器具有尺寸小和带宽宽的明显优势。测试表明所提出的模式变换器具有良好的模式变换性能。     

TE01-TE11模式转换器的带宽特性

针对模式转换器设计中在相同的中心频点转换效率下模式转换器越短带宽越宽的传统观点,研究发现了最佳长度的存在,即当结构长度大于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而减小,当结构长度小于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而增加。通过对中心频率35 GHz、半径13.6 mm的TE01-TE11模式转换器进行的验证发现,最佳长度为550 mm,此时带宽达到最大值6.28%。     

TE01-TE11模式转换器的带宽特性

针对模式转换器设计中在相同的中心频点转换效率下模式转换器越短带宽越宽的传统观点,研究发现了最佳长度的存在,即当结构长度大于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而减小,当结构长度小于最佳长度时,带宽随着结构长度增加而增加。通过对中心频率35 GHz、半径13.6 mm的TE01-TE11模式转换器进行的验证发现,最佳长度为550 mm,此时带宽达到最大值6.28%。     

矩形波导TM11-TE10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。     

Numerical Simulation of Waveguide TM01-TE11 Mode Converter Using FDTD Method

We study a transmission problem of an electromagnetic pulse with given transversal structure passing through a waveguide converter from TM₀₁ to TE₁₁ mode of circular waveguide. Using FDTD numerical simulation method we have investigated mode structure of the pulse at the output of the converter and its dependence on pulse length at the input. Also we have obtained frequency characteristic by calculating Fourier response for a pulse with wide spectrum.     

TE01-TE11 mode transducer

A transition between rectangular waveguide and circular groove guide is described. The composite transition consists of two sections. It is theoretically designed to provide both mode matching as well as low reflection coefficient. The performance of the transducer is plotted.The Project Supported by National Science Foundation of P. R. China     

X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究

在波束波导和反射面天线的馈源应用中, 为了产生低副瓣且方向图等化的高斯波束, 需要将高功率微波转换为准高斯模HE₁₁模辐射. 本文利用弯曲圆波导可同时从TM₀₁模产生TE₁₁模和TM₁₁模的原理, 提出了采用双弯曲过模圆波导结构直接将TM₀₁转换为HE₁₁的模式变换器, 避免了常规微波领域中首先将TM₀₁转换为TE₁₁再用波纹式或半径渐变式TE₁₁-HE₁₁转换器转换为准高斯波束功率容量不足或尺寸过长的不足. 基于模式耦合理论和Taguchi优化算法对模式变换器的弯曲半径、相移直端长度及引入位置进行了优化, 使输出的TE₁₁和TM₁₁成一定比率, 以组成HE₁₁模式, 并对设计的模式变换器进行了全电磁波仿真分析, 结果表明输出波束的标量高斯含量在9.05–9.8 GHz范围内均高于99%, 理论功率容量可达4.5 GW. 关键词： 高功率微波 模式耦合理论 Taguchi优化算法 模式变换器     

用八孔耦合器识别TM0_(1)/TE_(11)混模中TE_(11)模式的方法北大核心CSCD

在高功率微波传输系统中,为了提高功率容量和效率,往往采用过模波导,因此圆波导中往往出现TM_(01)和TE_(11)混合模式的情况。采用角向均匀分布的8孔圆波导耦合器,对提取TE_(11)模式的混合比和极化角度的方法进行了分析和研究。分析了圆波导中TM_(01)和TE_(11)模式在耦合孔处的电场分布,并采用CST对各耦合孔的输出功率进行了模拟计算,得出相互正对的耦合孔的平均功率与8个孔的平均功率之比与模式之间的相位差无关的结论。同时,发现该比值与TE_(11)模式的混合比成线性关系,线性关系中的比例系数是极化角度线性函数。通过线性拟合获得了计算TE_(11)模式混合比和极化方向的表达式。与仿真设定的参数相比,用该表达式计算的结果表明,在TE_(11)模式混合比小于30%时,用其计算TE_(11)模式的混合比和极化角度是可行的,误差不超过10%。在此基础上,给出了实际情况下TE_(11)模式信息的具体判断方法。     

紧凑型宽带TE01-TE02模式转换器

在传播常数随半径变化的情况下近似分析了两模转换条件,得到了模式转换器的初始结构,然后调用迭代法进行优化,最终能得到结构紧凑、带宽较宽、转换效率高的模式转换器。设计了两周期的Ka波段和一周期的W波段TE01-TE02模式转换器,带宽（转换效率95%以上频带宽度）分别达到2.47,8 GHz。CST仿真结果与耦合波仿真程序计算结果吻合较好,验证了该方法的有效性。     

High-power microwave-induced TM01 plasma ring

Open-shutter photography was used to capture the air breakdown pattern induced by a TM₀₁ mode radiated by a high-power backward wave oscillator. The resultant plasma ring was formed in air adjacent to a conical horn antenna fitted with a membrane to keep the experiment under vacuum. This image was digitized and further processed using Khoros 2.0 software to obtain the dimensions of the plasma ring. This information was used in an air breakdown analysis to estimate the radiated power, and agrees within 10% with the power measured using field mapping with an open-ended WR-90 waveguide     

圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TM10模式转换器,可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TM10模式之间的相互转换。仿真结果表明：中心频率为9.7 GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%,回波损耗小于-40 dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4 GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1 GHz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0.7 GW,其表面场强小于1 MV/cm。     

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     

L波段紧凑型TEM-TE11模式转换器

设计了一种适用于窄带高功率微波源系统的紧凑型TEM-TE11模式转换器。该结构首先将同轴波导沿角向分区使微波在各分区内相位传播常数不同,然后将相位传播常数较大的分区进行横向折叠设计以缩短系统轴向长度。分区传播的微波在模式转换器末端相位差达到180时,合成同轴波导中TE11模式。为L波段磁绝缘振荡器设计了模式转换器,并采用数值仿真程序进行计算,在1.31 GHz中心频率上,模式转换器转换效率为95%;在1.23~1.40 GHz频率上,模式转换器效率大于90%,相对带宽13%。将模式转换器应用于磁绝缘振荡器,并测量了天线的定向辐射能力,所得结果与设计一致。     

紧凑型宽带TM01-TE11模式转换器的数值模拟

设计了一个紧凑型宽带L波段TM01-TE11模式转换器。该转换器使用同轴TEM和矩形TE10模式作为过渡模式,提高了模式转换器的工作带宽,缩小了模式转换器的尺寸,并且模式转换器的输入输出同轴。建立了一个尺寸为φ20.5 cm×55.2 cm的设计模型,并进行了数值模拟。结果表明：该模式转换器工作频率为1.63~2.22 GHz时转换效率超过90%,相对带宽超过30%;在1.72 GHz处转换效率达99.8%;工作频带内反射系数小于-11 dB,最低为-26.3 dB;该模式转换器的功率容量大于1 GW。     

紧凑型宽带TM01-TE11模式转换器的数值模拟

 设计了一个紧凑型宽带L波段TM01-TE11模式转换器。该转换器使用同轴TEM和矩形TE₁₀模式作为过渡模式，提高了模式转换器的工作带宽，缩小了模式转换器的尺寸，并且模式转换器的输入输出同轴。建立了一个尺寸为φ20.5 cm×55.2 cm的设计模型，并进行了数值模拟。结果表明：该模式转换器工作频率为1.63~2.22 GHz时转换效率超过90%，相对带宽超过30%；在1.72 GHz处转换效率达99.8%；工作频带内反射系数小于-11 dB，最低为-26.3 dB；该模式转换器的功率容量大于1 GW。     

高功率速调管TE_(11)-HE_(11)模式变换器的设计及实验验证

基于模式匹配法编制了分析内壁刻槽TE11-HE11圆波导模式变换器数值计算程序;采用该程序为工作频率为30.5GHz的高功率速调管设计了一半径为16mm的TE11-HE11模式变换器。计算表明该变换器在2.6%的带宽内转换效率在98.8%以上,实验结果表明该变换器性能良好。     

高功率速调管TE11-HE11模式变换器的设计及实验验证

基于模式匹配法编制了分析内壁刻槽TE11-HE11圆波导模式变换器数值计算程序;采用该程序为工作频率为30.5 GHz的高功率速调管设计了一半径为16 mm的TE11-HE11模式变换器。计算表明该变换器在2.6%的带宽内转换效率在98.8%以上,实验结果表明该变换器性能良好。     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS,ISFELD3D, CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM610及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM610模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域,谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM610模式的特点,采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM510模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM510模式,该吸收腔基模TM010的谐振频率等于TM510的谐振频率。模拟表明：TM510模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉,Q值从15 604下降到571。