一种极化可控的大功率过模微波弯头制造技术

该发明专利技术公开了一种极化可控的大功率过模微波弯头，属于大功率微波传输器件技术领域。该弯头外部整体结构是两端向外对称延伸的90°弯曲矩形壳体，内部腔体结构包括：90°弯曲方波导、分别与90°弯曲方波导两端依次连通的第二过渡段、椭圆波导、第一过渡段以及圆波导，所有内部腔体连接处平滑过渡且该弯头两端对称。本发明专利技术在满足高功率微波传输系统在转弯和极化改变的应用要求前提下，尽可能的减少传输系统中功能器件的数量，提高了系统的紧凑化程度、传输效率和模式纯度。并且提出的大功率弯头在引导波束高效率转弯的同时，根据应用需求实现波束线极化和圆极化状态的转换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大功率微波传输器件
，具体涉及一种极化可控的大功率过模微波弯头。
技术介绍
在大功率微波传输系统中，为了有效引导波束传播、减少系统体积，不可避免要使用到过模圆波导弯头来改变波束的传播方向。由于波导弯头的引入，破坏传输线的均匀性，容易引入寄生模式，并降低传输效率。如何通过一定的技术手段压制寄生模式的出现，并保持良好的传输效率是大功率过模波导弯头设计的关键，也是其主要的难点。TE1,1模是圆波导的基模，在弯曲圆波导中容易转换成TM0,1，TE2,1模。因此，直接采用圆波导转弯的方式难以实现高效率的转弯传输。文章“Ka波段高功率斜角弯头的设计”(电子科技大学的吴泽威等人于2013年发表于《强激光与粒子束》第25卷，第五期)中提出了一种适合于高功率波导模式转弯即斜角弯头设计方法，通过引入模式变换段和移相段的方式将工作模式转换成具有高斯分布特性的混合模式，在场分布最集中的区域利用镜面反射波束实现转弯。斜角弯头具有传输效率高、模式纯度高等特点。但是，由于模式转换段和移相段的使用，使得整个转弯结构体积庞大，不满足大功率微波系统的紧凑化要求。在通信、导航、深空探测、电子对抗等方面，圆极化天线有着广泛的应用。圆极化器能将线极化信号转换为圆极化信号，是圆极化天线的重要组成部分。因此，圆极化器是实现高功率微波系统应用的另一个关键器件。TE1,1模式由于存在极化简并特性，是高功率微波圆极化器主要的工作模式。目前，已有的圆波导TE1,1模圆极化器主要有螺钉调节型、介质插板型、椭圆波导型等。虽然这些圆极化器均能在有效的实现微波极化方式的改变，但是这类器件的使用一方面会增加大功率微波系统的传输损耗，降低传输效率；另一方面会增加整个系统的体积，提高造价成本。
技术实现思路
为了能满足高功率微波传输系统在转弯和极化改变的应用要求前提下，尽可能的减少传输系统中功能器件的数量，提高系统的紧凑化程度、传输效率和模式纯度，本专利技术提出了一种极化可控的大功率过模微波弯头。提出的大功率弯头可以在引导波束高效率转弯的同时，
根据应用需求实现波束线极化和圆极化状态的转换。本专利技术通过以下技术方案实现：一种极化可控的大功率过模微波弯头，外部整体结构是两端向外对称延伸的90°弯曲矩形壳体，内部腔体结构包括：90°弯曲方波导、分别与90°弯曲方波导两端依次连通的第二过渡段、椭圆波导、第一过渡段以及圆波导，所有内部腔体连接处平滑过渡且该弯头两端对称。所述第一过渡段为半径从圆形渐变为椭圆的过渡腔体段。所述第二过渡段为半径沿轴向从椭圆渐变为方形的过渡腔体段。所述波导弯头两端设有凹凸法兰，方便与传输线系统准确连接。所述椭圆波导的长轴和短轴分别与方波导的边长平行。进一步地，该弯头设置有冷却装置。所述冷却装置为贴合于整体结构外壁的两端有进、出水孔的冷却槽，水流从其中一孔流入，另一孔流出。所述冷却槽为关于波导弯头上下两部分对称设置的矩形槽，通过螺钉固定于弯头上下的外壁上。本专利技术结构简单，且对称性良好，可以采用普通铜材或铝材加工。为了方便加工，弯头可被剖分成两个对称部分进行加工，然后通过销钉定位和螺丝固定的方式来尽可能的减少安装误差。波导弯头工作时，TE1,1模由弯头的端口进入弯头内部腔体中，依次经过圆波导，第一过渡段，椭圆波导，第二过渡段，到达90°方形弯波导后，再经过与前面对称的结构输出。具体地，TE1,1模在弯头内部的工作原理如下：线极化TE1,1模经过圆波导到达第一过渡段后，由于椭圆波导的长、短轴不同，两个正交的线极化波通过相同传输路径时的相速不同，这样可以通过调整椭圆波导尺寸，包括其长度及其长、短轴，来调节两个正交分量的相移差；TE1,1模到达90°方形弯波导后，转化成了极化简并的TE0,1模和TE1,0模，相较于圆波导来说，被激励起的非工作模式在方波导中更容易被控制，通过调整方波导口径a和90°弯波导的半径，可以提高90°转弯部分的效率及输出模式的纯度；由于过渡段的不连续性容易激励起高次模式，因此，在本专利技术中，需要对两段过渡段长度进行优化调节，来减少工作模式的反射及非工作模式的产生，保证两个极化方向的幅值相等，同时还能对模式的相差进行小范围的调整。从而可实现TE1,1模高效率、极化可控的转弯。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术采用了椭圆波导结构及相应的过渡段结构，通过选择波导截面的轴比和各部分波导的长度，就能够控制波束的极化方式，有利于实现线极化波和圆极化波的相互转化。(2)本专利技术采用方形波导结构的方式进行转弯，可以减少工作模式向其他模式的转化，从而提高波束的传输效率及输出模式的纯度。(3)本专利技术在引导波束传播的同时，能够实现波束极化方式的改变。同时具备波导弯头和圆极化器的功能，有利于减少大功率传输系统的损耗，提高传输系统的紧凑化程度。(4)本专利技术具有结构简单、易于工程实现的优点。附图说明图1为本专利技术带冷却装置的外部结构示意图。图2为本专利技术外部结构与冷却装置的相对位置关系示意图(从上往下可依次组合成图1所示的结构)。图3为本专利技术的内部腔体结构(剖视图)。图4为第一过渡段和第二过渡段的结构示意图(第一段：圆到椭圆过渡段；第二段：椭圆到正方形过渡段)。图5为本专利技术实施案例一的TE1,1模式两个极化方向的传输幅值曲线。图6为本专利技术实施案例一的TE1,1模式两个极化方向的相差曲线。图7为本专利技术实施案例二的TE1,1模式两个极化方向的传输幅值曲线。图8为本专利技术实施案例二的TE1,1模式两个极化方向的相差曲线。附图标号说明：图1中：1-1.冷却装置，a.冷却装置进水口，b.冷却装置出水口，c.固定弯头上下两个对称部分的螺钉孔。图2中：a，b与图1中的相对应，d为固定冷却槽的螺钉孔。图3中：3-1.凹凸法兰，3-2.圆波导，A.第一过渡段，3-3.椭圆波导，B第二过渡段，3-4.90°弯曲方波导。图4中：A、B是对应图3中A、B的腔体结构模型。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的描述，但是本专利技术的实施方式和要求保护的范围并不局限于此。一种极化可控的大功率过模微波弯头，结构如图1所示，外部整体结构是两端向外对称延伸的90°弯曲矩形壳体，内部腔体结构包括：90°弯曲方波导、分别与90°弯曲方波导两端依次连通的第二过渡段、椭圆波导、第一过渡段以及圆波导，所有内部腔体连接处平滑过渡且该弯头两端对称。该90°弯曲方波导3-4的特征在于：所述90°弯曲方波导的横截面为正方形，波导按着中心光滑连续的轴线弯曲。在本实施例中，该部分我们以常曲率弯曲轴线为例进行说明，该部分同样可以采用多种不同的变曲率轴线来实现。具体地，本专利技术在按如图3所示的结构工作时，TE1,1模能量从法兰3-1馈入，进入弯头内部腔体中。根据该模式的极化简并特性，该入射波的电场经过圆波导3-2，到达第一段过渡段A后，在椭圆波导3-3中传播时，两者的传播常数不相等，因此会出现相位差；这两个分量经过第二段过渡段B，到达90°方形弯波导3-4中，转化成了极化简并的TE0,1模和TE1,0模，最后再经过与前面对称的结构输出。本专利技术外部整体结构如图1所示，外壁有冷却装置1-1，冷却水从进水口a端口进入，吸收弯头所产生的热量，然后从出水口b端口流出，本专利技术外部结构与冷却装置的相对位置关系如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化可控的大功率过模微波弯头，其特征在于：外部整体结构是两端向外对称延伸的90°弯曲矩形壳体，内部腔体结构包括：90°弯曲方波导、分别与90°弯曲方波导两端依次连通的第二过渡段、椭圆波导、第一过渡段以及圆波导，所有内部腔体连接处平滑过渡且该弯头两端对称。

【技术特征摘要】
1.一种极化可控的大功率过模微波弯头，其特征在于：外部整体结构是两端向外对称延伸的90°弯曲矩形壳体，内部腔体结构包括：90°弯曲方波导、分别与90°弯曲方波导两端依次连通的第二过渡段、椭圆波导、第一过渡段以及圆波导，所有内部腔体连接处平滑过渡且该弯头两端对称。2.如权利要求1所述的一种极化可控的大功率过模微波弯头，其特征在于：所述第一过渡段为半径从圆形渐变为椭圆的过渡腔体段。3.如权利要求1所述的一种极化可控的大功率过模微波弯头，其特征在于：所述第二过渡段为半径沿轴向从椭圆渐变为方形的过渡腔体段。4.如权利要求1所述的一种极化可控的大功率过模微波弯头，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，江翠玲，吴泽威，李天明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51