基于矩形結(jié)構(gòu)的大功率微波彎頭研究.pdf

1、高功率回旋管因其具有高功率和寬帶寬的優(yōu)勢，在毫米波雷達(dá)和通訊等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，得到國內(nèi)外研究人員的重視。隨著應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展，與回旋行波管配套的高功率傳輸器件，也成為了國內(nèi)外眾多科研人員積極研究的熱點(diǎn)。
　　波導(dǎo)彎頭是微波傳輸系統(tǒng)中的重要器件之一。在高功率傳輸?shù)那闆r下，圓波導(dǎo)彎頭中工作模式與寄生模式之間極易出現(xiàn)相互耦合的現(xiàn)象，而且這種耦合很難通過變曲率的方式去消除，勢必會極大的影響彎頭工作性能。與圓波導(dǎo)相比，在過模情況下

2、，彎曲矩形波導(dǎo)中的模式之間的耦合更加容易控制，能否利用矩形波導(dǎo)的這一特性實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎的寬頻帶和高效率是本論文關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)問題。本論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　1、研究了過模彎曲矩形波導(dǎo)中的模式耦合問題，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并對矩形波導(dǎo)中各模式之間的耦合系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)和歸納總結(jié)。
　　2、在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)之上，編寫了彎曲矩形波導(dǎo)耦合波方程組的數(shù)值求解程序。并在仿真軟件HFSS中建立了仿真模型，將仿真計(jì)算結(jié)果與數(shù)值計(jì)

3、算結(jié)果進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算程序的正確性，但在分析速度方面，數(shù)值計(jì)算程序的速度約為仿真軟件計(jì)算速度200倍，這樣大大縮短了分析所需的時(shí)間，為后續(xù)電大尺寸彎頭的優(yōu)化計(jì)算提供了必要的工具。
　　3、利用數(shù)值計(jì)算工具和仿真軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有矩形結(jié)構(gòu)，口徑為50mm，工作在Ku波段的 TE01彎頭。計(jì)算結(jié)果如下：傳輸效率在96％以上的帶寬可達(dá)到13.9%，最高傳輸效率為99.97%。
　　4、利用數(shù)值計(jì)算工具和仿真軟件，對一種

4、極化可控的 TE11彎頭進(jìn)行了分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，該彎頭工作于Ku波段，口徑為32mm。提出的結(jié)構(gòu)可以保證在引導(dǎo)TE11模式高效率轉(zhuǎn)彎的同時(shí)，既能夠?qū)崿F(xiàn) TE11模式線、圓極化之間相互轉(zhuǎn)變也可以實(shí)現(xiàn) TE11模式極化不變的傳輸。為了驗(yàn)證方案的可行性，對第二種情況的彎頭進(jìn)行了加工測試，S-參數(shù)的測試結(jié)果表明：在13GHz-15GHz的頻率范圍內(nèi)，TE11彎頭的傳輸效率高于97%；空間輻射場測試表明：線極化 TE11模式在經(jīng)過該彎頭之后能夠保持

5、極化方向不變的輸出，功率容量測試結(jié)果表明：在頻率13GHz~15GHz、峰值功率120kW、平均功率10.4kW的情況下，研制的彎頭未發(fā)生擊穿現(xiàn)象。
　　5、鑒于矩形彎曲波導(dǎo)在彎頭中的成功應(yīng)用，本章節(jié)還嘗試將矩形彎曲波導(dǎo)應(yīng)用到了TE01-TE11蛇形彎曲模式變換器中的設(shè)計(jì)中，期望能夠探索出一種寬頻帶的模式變換器設(shè)計(jì)方案。結(jié)合數(shù)值計(jì)算工具和仿真軟件，對一種工作在Ka波段，口徑為23mm，改進(jìn)型的TE01-TE11蛇形彎曲模式變換器進(jìn)