圆波导TE21模式激励器 开题答辩.ppt

答辩人：汪艳 指导老师：李少甫教授 圆波导TE21模式激励器 开题答辩 西南科技大学 信息工程学院 1 CONTENTS 1 2 3 背景意义 研究内容 设计目标 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 2 4 设计思想 5 设计流程 6 进度安排 研究 意义 回旋管作为重要的毫米波源，其输出模式为混合模式，不利于直接传输或辐射，需要进行模式转换，设计好后的模式转换器需要进行冷测，这时，就需要采用模式激励器模拟回旋管的输出以提供冷测系统中的输入源 毫米波 频率范围：30GHz-300GHz 回旋管作为毫米波源，在高功率微波武器、新型材料、等离子体加热等应用方面的前景非常广阔。 混合模式 回旋管输入为一种或几种的混合模式，它们的极化方向不稳定且辐射方向图为空心圆锥状，不能在空间进行远距离传输，也不能直接使用。 冷测 很多时候必须借助准光模式变换器将回旋管输出的模式转化为TEM00或HE11模式，为了避免在设计变换器时出错为浪费巨大的人力物力，常常采用在准光模式变换器安装前冷测的方法。 1 研究背景 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 1 研究背景 国内外现状及生产需求状况 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 目前模式激励器主要研究方向有两个：波导结构、准光技术。 传统的模式激励器输出的带宽较窄，而且尺寸过大。近年来，有很多新的实现模式激励的技术，比如有人提出了一种同轴插板波导模式激励器，虽然体积小，但是需要较多的控制元件。2013年，沈文渊等人研究出了一种采用矩形波导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起目标模式。对于常规的Vlasov准光模式激励器，其旁瓣电平较高，能量不够集中，对此，有学者提出一种新型的螺旋形准光模式激励器，其能量转换效率高达95%。 本设计鉴于准光模式激励器的复杂性和常规波导激励器的长度过长，效率过低的特点，根据同轴外导体的腔壁耦合和圆波导径向渐变耦合理论，设计了圆波导TE21模式激励器，而且结构紧凑，有一定的带宽，转换效率高。 研究 内容 掌握麦克斯韦理论方法并分析得到圆波导在TE21模式下的场分布； 基于开放式谐振腔理论，提出一种圆波导TE21模式激励器的设计方法； 利用HFSS软件仿真优化设计矩形波导TE10-同轴波导TE21模式激励器，根据同轴到圆波导的渐变过渡，设计同轴TE21 -圆波导TE21模式激励器，最后基于开放式谐振腔理论对其进一步进行仿真优化设计。 1 研究内容 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology A B C 应用HFSS设计线极化的圆波导TE21模式激励器，在中心频率96 GHz下的模式纯度大于95%，转换效率大于90%的相对带宽大于5%； 给出仿真设计模型图及S参数曲线和场分布图。 如果时间允许，运用HFSS设计圆极化的圆波导TE21模式激励器，要求同样的指标。 1 设计目标 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 圆波导TE21模式激励器的设计 A 波导理论分析 为了最后准确的得到目标模式，需要先对其模式波在圆波导中的场分布进行分析并仿真。 缓变界面理论 通过对缓变界面理论的分析，得出波导尺寸的相关计算方法，以及同轴腔体内外半径比对模式特征值的影响。 A B C 矩形波导TE10—同轴波 导TE21模式激励器 同轴TE21—圆波导TE21模式 激励器 优化仿真 B C 1 设计思想 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology TE21模式下的圆波导电场幅值分布图 在HFSS中仿真得到电场幅值分布图如右图所示，由此分析可以得到，当ρ固定时，在径向方向上，从圆心到半径为a处，电场强度的变化为先增大再减小，且只有一个最大值。而当ρ固定时，一周中共有四个极大值。 波导理论分析 1 设计思想 西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology 各模式特征值随C的变化曲线图 本工作的难点在于怎样设定同轴波导的尺寸让让其输出高纯度的TE21模式而又不激励起其他不期望的模式成分，以及怎样设定矩形波导