Ka波段高功率斜角弯头的设计.pdf

第25卷第5期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．25，No．5 2013年5月 HIGHPOWERI．ASERANDPARTICLEBEAMS May，2013 文章编号： 1001-4322(2013)05—1211一04 Ka波段高功率斜角弯头的设计。 吴泽威， 李 浩， 徐建华， 李家胤 (电子科技大学物理电子学院，成都610054) 摘 要： 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TE。，模式的高效转弯 传输。使用模式变换器将工作模式TE。。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TE。，的Mw级波导斜角弯头。HFSS计算结果表明：在8％的带宽内，传输效率大干 98％。 关键词： 高功率微波； 过模波导； 斜角弯头； 准光技术 中图分类号：TNl 文献标志码： A doi：10．3788／HPLP1211 高功率微波具有广泛的应用前景[1]。在高功率微波传输应用中，需要将微波进行一定距离的传输，不可避 免要使用波导弯头[2剖。由耦合波理论可知，波导弯头的引入，会破坏传输线的均匀性，使得传输模式部分或者 全部转换成其他模式，从而降低传输模式的输出纯度。因此，提高波导转弯时的传输效率，确保传输时工作模 式的纯度，是高效应用高功率微波需要解决的重要问题。变曲率圆波导弯头、椭圆波导弯头等结构在中等过模 求，波导的过模程度越来越严重，传统的转弯结构难以抑制杂模的产生。斜角弯头的出现为实现高效率的转 弯传输提供了一种有效途径[7。8]。本文通过研究高斯光束与TE。。模的传播特性，将高斯光束用TE。，系列模 式展开，得到了形成具有高斯光束传播特性的混合模的最优比例。基于这种方法，设计了一个Ka波段的TE。。 斜角弯头，设计的斜角由模式变换器、移相段和平面镜组成。 1 理论分析 1．1 高斯波束的传播特性 在圆柱坐标系下，埘阶高斯波束的场分布为[9] “r，即。一志‘方等矿co“旷伽)× … L上J 。 广 。 1 uq彘kp 式中：，．为半径；妒为方位角；9。为初始因子；n，b分别为径向和角向的变化因子；e一船／7c叫j为归一化因子； I。∥为拉盖尔多项式；叫为束半径，在z一0处，叫即为叫。束腰。当6—0时，场为轴对称分布，而当a一0．b一0 时为基模高斯束。 在传播过程，高斯波束的束半径满足 叫2(z)一叫。2 (2) 1+(二)l L 、z0，J 式中：z。为束腰处的纵向坐标值。硼。的值决定了波束的准直性，训。越大，束发散角越小，准直性就越好。反 之，束腰半径越小，发散角就越大，柬聚焦性好。若能将传输模式转换成准直性良好的高斯波束或者具有高斯 波束传播特性的波束，则可以有效地降低波束在转弯处的衍射，实现工作模式的高效传输。 1．2准高斯模式的产生 在圆波导内，TE。。模式的电场分布为 *收稿日期：2012-10—23；修订日期：2012一11—19 作者简介：吴泽威(1987一)，男，博士研究生，从事高功率微波传输和发射研究；WZW．198704@163．corn。 万方数据 1212 强 激 光 与 粒 子 束 第25卷