一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，包括起连接作用的输入法兰和输出法兰，两个法兰之间连接一个桶形的杂模吸收件，沿着杂模吸收件的外壁的轴向上设置有散热组件，散热组件的两端连接到两个法兰，所述散热组件包括设置在杂模吸收外表面的壳体和设置在壳体外的散热件；所述散热组件、法兰、杂模吸收件构成一个整体规则的中空柱体。本发明专利技术虽然基于介质加载损耗原理，但采用电阻率各向异性材料实现对所有的非TE0n模式的滤除，具备高功率容量、所有非TE0n模式杂模滤除的特点。

A strong field mode filter with only TE0n mode

The invention discloses a TE0n mode only strong field mode filters, including input and output flange flange connection function, between the two flanges of mixed mode is connected with a barrel shaped absorption, axial parts are arranged on the outer wall of the radiating component absorption along the mixed mode, both ends of the radiating component is connected to the two a flange, the shell cooling device comprises an outer surface and mixed mode absorption heat sink in setting the shell; a hollow cylinder of the radiating component, flange, mixed mode absorption parts constitute a whole rule. Although the invention is based on the dielectric loading loss principle, the resistivity anisotropic material is applied to filter all the non TE0n modes, and has the characteristics of high power capacity and all non TE0n modes.

【技术实现步骤摘要】
一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器
本专利技术涉及微波毫米波
，具体是指一种工作在强场强下的模式滤波器，可将输入的非TE0n模式微波信号衰减、滤除，仅存TE0n模式低损耗传输的器件。
技术介绍
随着微波源技术的发展，微波系统向更高频率、更强场强发展，传输导波系统也从同轴波导、矩形波导转变为功率容量更高的过模圆波导。由于TE0n模式没有纵向壁电流，传输损耗随频率升高而单调下降，广泛用于过模圆波导微波能量传输。但TE0n模式为高阶过模，一旦结构扰动，极易产生杂模，这些杂模与待传输的强场TE0n模式在局部相互叠加，成为影响系统稳定性和可靠性的隐患，甚至造成设备严重损坏。目前，国内对模式滤除（或者控制）的研究重点主要集中在电真空管源内部，这些方法能够保证较高的TE0n模输出纯度。但是在微波等离子体辅助加热、材料烧结、毫米波深空探测系统、毫米波通信等系统中，管源输出的高纯TE0n模式需经过传输、模式转换才能利用，在此过程中，波导弯头及其它不连续结构难免导致部分TE0n模式转换成TE11、TE21、TM11、TM01等杂模，这一类杂模已经成为强场微波系统故障的主要原因。所以，在微波系统内，仅仅微波源部分提高TE0n模的输出纯度并不能完全降低整个系统的故障风险，还需在传输波导系统中开展杂模滤波研究。通常对这些杂模抑制方式有三种：a）基于单模传输的杂模截止方式；b）杂模场反射方式；c）介质加载吸收方式。第一种方式通过减小波导半径，可以滤除截止频率高于TE0n模式工作频率的所有杂模模式，但会导致工作的TE0n模式功率容量降低，增大系统故障概率；第二种方式中，杂模场反射场在系统中来回反射，易损坏其它微波器件；同时以上两个方法只能针对某几个特定杂模有效，而不能对所有的杂模均有效。相比而言，利用介质加载对杂模进行高效吸收消耗能够保证系统的功率容量、稳定性以及可靠性具有较大的应用优势，但常规的介质加载吸收耗散方式，吸收消耗杂模的同时吸收消耗TE0n模式，这是不符合对传输系统低插损的电性能指标要求；同时当系统工作在强场TE0n模式时，介质耗散的TE0n模式和杂模的功率极大，易导致加载介质温度过高，进而导致微波系统故障。因此人们希望有一种模式滤波器，对所有非TE0n模式的杂模均有效滤除，同时具备较高的功率容量，促进微波毫米波系统相关技术的发展和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了完成强场毫米波系统模式提纯，本专利技术提供了一种仅存TE0n模式的模式滤波器，该装置可实现对所有的非TE0n模式的损耗滤除，同时具备较高的功率容量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，包括起连接作用的输入法兰和输出法兰，两个法兰之间连接一个桶形的杂模吸收件，沿着杂模吸收件的外壁的轴向上设置有散热组件，散热组件的两端连接到两个法兰，所述散热组件包括设置在杂模吸收外表面的壳体和设置在壳体外的散热件；所述散热组件、法兰、杂模吸收件构成一个整体规则的中空柱体。在上述技术方案中，所述杂模吸收件具有光滑的内壁。在上述技术方案中，所述杂模吸收件采用电阻率各向异性材料。在上述技术方案中，所述电阻率各向异性材料可以是各向异性热解石墨、高定向热解石墨、石墨烯等电阻率各向异性材料,其导热性能接近或优于金属铝。。在上述技术方案中，所述输入法兰和输出法兰可以为圆波导法兰、矩形波导、椭圆波导等各种波导中中的一种，法兰的阻抗与杂模吸收件的阻抗相匹配。在上述技术方案中，所述输入法兰和输出法兰采用金属材料制作，或者采用具有金属特性的非金属材料。在上述技术方案中，所述壳体的两端各自与输入法兰和输出法兰进行密封连接，使得散热件所处的空间与杂模吸收件所处的空间不相通。在上述技术方案中，所述散热件为风冷或者水冷结构散热。在上述技术方案中，所述杂模吸收件的中空结构内，沿杂模吸收件的轴向具有损耗特性，电阻率远大于圆周方向的电阻率，沿杂模吸收件的角向(圆周方向)为良导体。本专利技术的强场模式滤波器装置的工作原理为：TE0n模式在波导壁上只有沿角向的波导壁电流，而材料沿角向的电阻率类似于金属，可以基本无损耗的存在壁电流，即可基本无损耗的存在TE0n模式微波信号；非TE0n模式在波导壁上具有轴向壁电流，而材料沿轴向的电阻率类似于电阻损耗材料，可以将这些非TE0n模式的壁电流耗损掉，即将这些微波信号耗损转换为材料的热量；这部分非TE0n模式场转化的热量通过壳体传导到散热部件，最后通过成熟的散热部件耗散掉，实现对壳体工作温度的控制，最终完成强场工作时对器件工作温度的控制，即实现强场工作情况下的仅存TE0n模式的模式滤波。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：目前采用的模式滤波方式易导致器件功率容量降低或来回反射易损坏微波源或增大工作TE0n模式传输插损，同时任意种方法均无法实现对所有非TE0n杂模的有效抑制。而本专利技术虽然基于介质加载损耗原理，但采用电阻率各向异性材料实现对所有的非TE0n模式的滤除，具备高功率容量、所有非TE0n模式杂模滤除的特点。基于该装置，可开展微波等离子体辅助加热、材料烧结、毫米波深空探测系统、毫米波通信等系统中模式场控制；为促进微波毫米波相关技术的发展和应用奠定一定技术基础。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是仅存TE0n模式的强场模式滤波器组成示意图；其中：1是输入法兰，2是杂模吸收件，3是壳体，4是散热件，5是输出法兰。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。如图1仅存TE0n模式的强场模式滤波器，由杂模吸收组件和散热组件组成，杂模吸收组件包括输入法兰、杂模吸收件和输出法兰，散热组件包括壳体和散热件；杂模吸收件为电阻率各向异性材料制成。所述输入法兰为器件输入端连接法兰，其法兰的形式可以为圆波导法兰、矩形波导、椭圆波导等不同类型法兰，其输出端与电阻率各向异性材料的输入端连接，其输出阻抗与电阻率各向异性材料输入阻抗相匹配。其材质可以为金属或具有金属特性的其它材料。所述电阻率各向异性材料为非TE0n模式微波、毫米波信号吸收或者衰减装置，可以是各向异性热解石墨、高定向热解石墨、石墨烯等各向异性损耗材料,其导热性能接近或优于金属铝。如图1所示，其沿角向（即r平面的圆周向）为良导体，电阻率接近于铝、铜等金属；沿轴向（即Z向）为损耗特性，电阻率远大于圆周方向的电阻率。其输入端与输入法兰的输出端连接，其输入阻抗与输入法兰的输出阻抗匹配；其输出端与输出法兰的输入端连接，其输出阻抗与输出法兰的输入阻抗相匹配。其内孔与输入法兰输出端内孔结构匹配，也与输出法兰输入端内孔结构匹配，其外边缘与壳体紧密连接，具有良好的热传导能力。所述输出法兰为器件输出端连接法兰，其法兰的形式可以为圆波导法兰、矩形波导、椭圆波导等不同类型法兰，其输入端与电阻率各向异性材料的输出端连接，其输入阻抗与电阻率各向异性材料输出阻抗相匹配。其材质可以为金属或具有金属特性的其它材料。所述散热部件，用于实现对壳体的冷却功能，由通用的风冷或水冷部件组成。由本专利技术提供的技术设计了1个8mm波段的仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其在27～42GHz较大带宽范围内，TE01模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其特征在于包括起连接作用的输入法兰和输出法兰，两个法兰之间连接一个桶形的杂模吸收件，沿着杂模吸收件的外壁的轴向上设置有散热组件，散热组件的两端连接到两个法兰，所述散热组件包括设置在杂模吸收外表面的壳体和设置在壳体外的散热件；所述散热组件、法兰、杂模吸收件构成一个整体规则的中空柱体。

【技术特征摘要】
1.一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其特征在于包括起连接作用的输入法兰和输出法兰，两个法兰之间连接一个桶形的杂模吸收件，沿着杂模吸收件的外壁的轴向上设置有散热组件，散热组件的两端连接到两个法兰，所述散热组件包括设置在杂模吸收外表面的壳体和设置在壳体外的散热件；所述散热组件、法兰、杂模吸收件构成一个整体规则的中空柱体。2.根据权利要求1所述的一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其特征在于所述杂模吸收件具有光滑的内壁。3.根据权利要求1或2所述的一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其特征在于所述杂模吸收件采用电阻率各向异性材料。4.根据权利要求3所述的一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，其特征在于所述电阻率各向异性材料可以是各向异性热解石墨、高定向热解石墨、石墨烯的电阻率各向异性材料,其导热性能接近或优于金属铝。5.根据权利要求1所述的一种仅存T...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛长江，罗章杰，赵柳，吴尚昀，陈代兵，谢晓峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51