高功率TE01过模斜接弯头设计.pdfVIP

第26卷第6期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．26，No．6 2014年6月 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Jun．，2014 高功率TE01过模斜接弯头设计。 叶 建， 王 强， 唐先发， 李 波， 李相森， 赵 鹏 (中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900) 摘要： 设计并分析了TE。。斜接弯头结构，该结构由两段相同且垂直的模式变换段及与模式变换段呈 45。斜接的金属镜面组成。整个结构等效于两个模式变换段对接，但中间存在间距为波导直径的缝隙。模式变 换段将纯TE。。模式转换为TEo，和TE。：的混合模式，该混合模式在缝隙中传播时电场呈现对称分布，从而降低 了模式转换损耗，提高了传输效率。对设计的Ka波段TE0。斜接弯头结构的理论仿真和加工实测结果表明：中 心频点转换效率在98％以上，在2GHz带宽内传输效率95％以上，插损小于o．2dB，驻波小于1．2。 关键词： 高功率微波；过模传输；模式变换；斜接波导 TN814 A 中图分类号： TN811； 文献标志码： 高功率微波具有广阔的应用前景[1]，高功率微波源的输出模式主要为圆波导TE。。模式[2]，在实际应用中， 为满足系统整体装配特性，常常需要设计TEo。弯头结构，改变微波传输方向。在高功率毫米波领域，为提高功 率容量，避免空气击穿对高功率微波源造成损伤，需要增大器件传输口径，降低功率密度，但增大传输口径会导 致工作在严重过模状态。由耦合波理论可知，波导曲率变化会破坏传输的均匀性，使得传输模式部分或全部转 换为其他模式，从而降低传输模式的输出纯度。弯曲过模传输中，一般采用渐变式轴线弯曲[3。4]、椭圆波导弯曲 等结构，但此类结构严重过模时，传输效率不高，而且结构不够紧凑。本文通过研究TEo。模传播特性，利用弯 头等效结构，推导出传输最小损耗的条件，设计的TE0。模弯头斜接结构，能够较好工作在过模状态，结构紧凑， 传输效率高，具有较强的工程实用性。 1 TE0。斜接弯头设计方法 本文设计的TE。，斜接弯头采用斜接波导(miterbend)结构形式，如图1(a)图所示，该结构由入射圆波导、 45。斜接镜面和出射圆波导这三部分构成。当波导过模程度较大时，斜接波导结构可以等效为两段间距为L的 圆波导对接，其中L=2口，等效结构如图1(b)图所示。 i。二：广一艺，一一‘ ·●}—————————一 ．．．．．．．．．j【．．一——．j-————． pH bendstructure (a)miter bendstructureand structur。 Fig．1】Ⅵiter equivalent 图l 斜接波导结构及其等效结构 在图1(a)中，TE。。模在斜接弯头处的相对损耗可表示为睁63 晏一磐(盐)3／z (1)… 3 Po 7c”n。 式中：X。。代表。阶贝塞尔函数导函数的第咒个零点；口为波导半径；A。为自由空间波长；P-为模式损耗功率； *收稿日期：2013—11—16；修订日期：2014—01一18 基金项目：国家高技术发展计划项目 作者简介：叶建(1982一)，男，硕士，主要从事天线、大功率微波器件研究；ye—jianl982@126．com。 通信作者：赵鹏(1981一)，男，硕士，主要从事天线、微波器件研