過模圓波導TE01-TM11-HE11模式變換研究.pdf

1、由于軍事、科學研究和工業(yè)生產(chǎn)對高功率、高效率并且能穩(wěn)定工作的高頻率毫米波源的不斷需求，逐步發(fā)展了一門邊緣學科---高功率微波技術(shù)。經(jīng)過幾代人的奮斗，高功率微波技術(shù)得到迅猛發(fā)展。除了應用于軍用雷達、拒止武器和工業(yè)加熱等領域外，新的應用也是層出不窮。
　　高功率毫米波系統(tǒng)主要包括高功率毫米波源、高功率毫米波傳輸系統(tǒng)、微波的發(fā)射和接收系統(tǒng)等組成。每個子系統(tǒng)工作性能對整個高功率微波系統(tǒng)是否能有效工作起著非常重要的作用。由于回旋管具有高峰值

2、功率、高增益、高效率和相對寬的帶寬等優(yōu)點，非常適合作為新型的毫米波源。傳輸系統(tǒng)主要有模式變換和過渡器系統(tǒng)組成，為發(fā)射系統(tǒng)提供匹配的饋源。發(fā)射和接收系統(tǒng)主要由發(fā)射天線和接收天線組成，完成毫米波能量的輻射和接收。其中，高功率微波模式變換對于提高整個系統(tǒng)性能占據(jù)著不可替代的地位，它使微波源輸出的能量充分有效地傳輸和轉(zhuǎn)換，因此具有非常重要的理論和實際意義。本文是在回旋管預研項目的資助下，對回旋管外接波導模式變換部分作了系統(tǒng)的研究，設計加工的模式

3、變換器已經(jīng)成功應用在科研實驗中。主要工作如下：
　　1.研究過模圓波導中橫截面半徑漸變和波導軸線彎曲的模式耦合問題。在耦合波理論的基礎上，從麥克斯韋方程出發(fā)，導出耦合波微分方程以及相應的耦合系數(shù)的一般表達式。
　　2.詳細分析了在高功率微波中實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換所需要的條件；討論了在不同情況下，求解耦合波微分方程的數(shù)值計算方法以及采用的優(yōu)化算法。
　　3.對TE01—TM11模式變換器進行了系統(tǒng)的研究。在波導軸線彎曲的耦合波微

4、分方程的基礎上，編制了數(shù)值求解方程的程序。分別對常曲率彎曲和變曲率彎曲兩種情況下圓弧彎曲、指數(shù)彎曲和正弦彎曲三種結(jié)構(gòu)進行了大量的數(shù)值計算，得出了它們結(jié)構(gòu)的優(yōu)化幾何參量。同時，還對它的臨界角進行分析，對研究軸線彎曲圓波導是有一定參考價值。
　　4.系統(tǒng)地研究了TM11-HE11模式變換器。給出了散射矩陣法分析圓周橫向開槽的直波導這種突變結(jié)構(gòu)的散射矩陣。采用電磁仿真軟件HFSS和CST微波工作室，在波紋波導的輪廓為線性漸變和拋物線漸變