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TM_（0.1）-TE_（11）弯形圆波导模式转换器的研究

作　者: 张玉文
导　师: 舒挺
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 弯形圆波导模式转换直圆波导拍波波长功率转换效率
分类号: TN814
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

许多高功率微波源输出的微波模式都是圆波导轴对称模式TM₀₁模式或者经模式变换后为TM₀₁模式,此种模式不利于微波的定向发射,而圆波导TE₁₁模式易于空间发射,因此研究将TM₀₁—TE₁₁模式转换器具有十分重要的意义。本文首先针对现有的一种TM₀₁—TE₁₁双弯形圆波导模式转换器加以改进,并实现了优化设计;然后,对组合型TM₀₁—TE₁₁弯形圆波导模式转换器进行了研究。在模式转换器的优化设计方面:首先,对转换器进行了改进,即保持输出端口轴线与输入端口轴线平行,从而使得微波输出仍沿轴向;在考虑所需两模式的情况下,进行了理论推导,得出输出端口TE₁₁模式的功率转换效率的解析表达式;应用理论分析计算、软件模拟的方法对改进后的模式转换器进行了分析讨论,从而得出一些很好的基本规律;根据模式转换器轴线长度与TM₀₁和TE₁₁模式的拍波波长的正比例关系,得出减小波导内半径可以将模式转换器小型化。模拟结果表明,当波导内径为7.0cm,可以得到轴线间距8.03cm,轴向长度15.11cm的小型模式转换器,频率在3.41～3.74GHz内,功率转换效率超过90%,其中,频率为3.60GHz,功率转换效率达到95.6%,功率容量超过2.00GW。组合型TM₀₁—TE₁₁模式转换器,即在双弯形模式转换器的两弯曲段中间加一段直圆波导。采用此模式转换器,既可以拉大轴线间距以满足某些实验对轴线间距有一定要求的需要,又可以对其进行小型化。首先,在保持其输出与输入端口轴线平行前提下,对此结构进行了理论分析。其次,研究了一种实用的组合型TM₀₁—TE₁₁模式转换器,分别从理论计算、软件模拟两个方面对此结构进行了分析。结果表明,计及功率损耗,频率为3.75GHz,铜波导内径为9.0cm,轴线间距为10.57m时,模式转换器总的功率转换效率为93.8%。最后,采用该结构进行了TM₀₁—TE₁₁模式转换器的小型化设计,模拟结果为:当波导内径为7.0cm,可以得到轴线间距8.00cm,轴向长度14.52cm的小型模式转换器,频率在3.41～3.79GHz内,功率转换效率超过90%,其中,频率为3.60GHz,功率转换效率达到96.0%,功率容量超过2.10GW。

TM_（0.1）-TE_（11）弯形圆波导模式转换器的研究

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