一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，属于大功率微波传输器件领域。该弯头包括90°弯曲矩形波导以及其两端连接的两段矩形‑圆波导过渡结构，三段结构内部腔体连接处平滑过渡。圆极化TE1,1模波经过圆‑矩形波导过渡后，由于矩形波导的长宽边的不同使得产生的正交极化方向上的TE1,0模和TE0,1模导波速度存在差别，从而存在相位差；进而通过后续的90°弯曲矩形波导转弯后，相位差进一步扩大。在输出端，利用矩形‑圆波导过渡段对输出波束的相位根据输出要求进行最后的调整。本发明专利技术弯头可以在引导波束高效率转弯的同时，根据应用需求实现特定极化状态的波束输出，并且整个弯头结构简单，易于加工。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头
本专利技术属于大功率微波传输器件领域，具体涉及一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头。
技术介绍
大功率微波毫米波在远距离高分辨率雷达、电子回旋谐振加热、超级干扰机、加速器、精细陶瓷烧结、材料表面处理、等离子体化学等科学研究领域具有广泛应用。回旋行波管具有高功率、宽频带的特点，是微波毫米波频段上的理想大功率源。TE1,1模是圆波导基模，选用其作为工作模式，有利于减少器件内模式竞争、提高器件增益，因而是回旋行波管常用的工作模式。根据回旋行波管的工作特性，输出的TE1,1模为圆极化状态。在实际应用中，根据需求的不同，有时需要使用大功率极化器将其转换为特定极化波束。在微波传输过程中，为了有效引导波束传播、实现系统的紧凑化布局，需要使用到波导弯头来改变波束的传播方向。出于满足功率源输出、降低传输系统的损耗的要求，传输链路上的器件包括波导弯头均为过模器件(即器件的尺寸远大于工作波长)。过模器件内存在的波导模式丰富，稍微的扰动均会容易激励起寄生模式，降低传输性能。波束转向会破坏传输线的均匀性，容易产生寄生模式。因此，抑制寄生模式的产生，保证输出波束的极化特性是研制大功率过模波导弯头的关键。目前，实现大功率微波有效转弯的方式有：基于椭圆波导结构的弯头、基于圆波导结构的弯头和斜角弯头。椭圆结构的波导弯头在保证单模传输的情况下，可以实现宽频带高效率的模式传输。但是为了保障单模传输条件，椭圆波导尺寸较小，功率容量有限，难以实现大功率传输。此外，椭圆波导弯头由于其结构的特殊性，对加工装配的要求很高。圆波导弯头引导TE1,1模转弯时，容易激励起TM0,1模、TE2,1模等寄生模式。为了提高传输效率，需要增大转弯半径，从而使得整个器件体积庞大。斜角弯头通过镜面反射的方式来实现波束的转向。为了降低波束在镜面处的衍射，需要利用模式变换段产生适当比例的混合模式，其到达镜面中心时束斑最小。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。
技术实现思路
为了满足特定应用系统对于发射机系统纵向高度的要求，尽可能地提高大功率毫米波系统的紧凑化程度、传输效率和模式纯度，本专利技术提出了一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，该弯头可以在引导波束高效率转弯的同时，根据应用需求实现特定极化状态的波束输出，并且整个弯头结构简单，易于加工。本专利技术通过以下技术方案实现：一种紧凑型的大功率过模微波弯头，包括90°弯曲矩形波导以及其两端连接的两段矩形-圆波导过渡结构，三段结构内部腔体连接处平滑过渡。所述组成弯头的三个部件通过凹凸法兰相接，并在法兰连接处配有定位销钉，以保证装配精度。所述两段矩形-圆波导过渡结构为半径沿轴向从圆渐变为矩形的过渡结构，可以通过线性或非线性的方式来实现，其中作为输入端的圆波导尺寸由前级微波输入结构决定，作为输出端的圆波导尺寸由后续微波传输器件的输入口结构决定。所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度可以相同，使得波导弯头结构呈对称分布。所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度可以不相同，使得波导弯头结构呈非对称分布，根据应用系统需求，调增单边高度，满足特定系统的应用。所述90°弯曲矩形波导采用E面转弯的结构，即矩形波导的宽边弯曲而长边保持为一个平面，以扩大转弯处内外壁的面积，降低局部场强。所述90°弯曲矩形波导的长边a和窄边b满足：P为最大传输功率，λ为工作频率。所述90°弯曲矩形波导转弯时的变化曲线为1/4圆弧段。所述波导弯头两端设有凹凸法兰，方便与传输线系统连接。进一步地，该弯头设置有冷却装置。所述冷却装置包括设置于90°弯曲矩形波导转弯结构外壁的冷却槽和带有进水口和出水口的盖板组成。盖板固定于冷却槽外侧，水流从盖板其中一孔流入，另一孔流出。本专利技术结构简单，可以采用普通铜材或铝材加工。波导弯头工作时，TE1,1模从圆-矩形波导过渡结构进入弯头内部，经过90°弯曲矩形波导转弯结构后，从矩形-圆波导过渡结构实现输出，完成波束传播方向的转向。具体地，紧凑型弯头工作原理如下：从回旋行波管输出的圆极化TE1,1模波经过圆-矩形波导过渡后，由于矩形波导的长宽边的不同使得产生的正交极化方向上的TE1,0模和TE0,1模导波速度存在差别，从而存在相位差。进而通过后续的90°弯曲矩形波导转弯后，相位差进一步扩大。在输出端，利用矩形-圆波导过渡段对输出波束的相位根据输出要求进行最后的调整。在设计时，通过调整矩形波导的长宽尺寸、转弯半径、转弯时的变化曲线就可以调节两个正交分量的相移差，控制正交极化方向上的相移量，从而实现特定极化方式的输出。相较于圆波导转弯方式而言，矩形波导中模式分布间隔较远，不容易激励起寄生模式，可以保证转弯后的输出模式的纯度。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术采用矩形波导的转弯结构，通过选择波导的截面尺寸、转弯的曲线形状及长度，就能够控制波束的极化方式，有利于实现特定极化方式的输出，而不需要额外的圆极化器，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。(2)本专利技术采用矩形波导的转弯结构，转弯时微波以TE1,0模和TE0,1模的方式进行传输，不易向其他模式进行转化，有利于提高输出波束的传输效率及输出模式的纯度。(3)在本专利技术中可以采用非对称结构，减少波束在转弯时单一方向上高度，满足特定系统的应用需求。(4)本专利技术具有结构简单、紧凑性良好且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为本专利技术内部水槽结构示意图。图3为本专利技术的内部腔体结构(剖视图)。图4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5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6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7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.第一过渡段，2第二过渡段，3.90°弯曲矩形波导转弯结构，4.冷却盖板，a.冷却装置进水口，b.冷却装置出水口。图2中：6.矩形波导转弯结构冷却槽结构。图3中：7.凹凸法兰，a.销钉。具体实际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。一种紧凑型的大功率过模微波弯头，结构如图1所示，由外壁设置有冷却槽的90°弯曲矩形波导壳体、带有输入输出水管接口的盖板和两段矩形-圆波导的过渡结构组成，三段结构内部腔体连接处平滑过渡，且两过渡结构分别通过凹凸法兰固定连接于弯曲波导两端。该90°弯曲矩形波导的横截面为矩形，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模能量从法兰馈入，进入圆-矩形波导过渡后，转化成了极化简并的TE0,1模和TE1,0模。由于矩形波导边长的不同，使得TE0,1模和TE1,0模的传播常数不相等，从而出现相位差；进入90°弯曲矩形波导，进一步扩大相位差；TE0,1模和TE1,0模进入矩形-圆波导过渡后，对产生的相位差进行适当调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，包括90°弯曲矩形波导以及其两端连接的两段矩形‑圆波导过渡结构，三段结构内部腔体连接处平滑过渡；所述两段矩形‑圆波导过渡结构为半径沿轴向从圆渐变为矩形的过渡结构，通过线性或非线性的方式实现，其中作为输入端的圆波导尺寸由前级微波输入结构决定，作为输出端的圆波导尺寸由后续微波传输器件的输入口结构决定。

【技术特征摘要】
1.一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，包括90°弯曲矩形波导以及其两端连接的两段矩形-圆波导过渡结构，三段结构内部腔体连接处平滑过渡；所述两段矩形-圆波导过渡结构为半径沿轴向从圆渐变为矩形的过渡结构，通过线性或非线性的方式实现，其中作为输入端的圆波导尺寸由前级微波输入结构决定，作为输出端的圆波导尺寸由后续微波传输器件的输入口结构决定。2.如权利要求1所述的一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，其特征在于：所述90°弯曲矩形波导采用E面转弯的结构，即矩形波导的宽边弯曲而长边保持为一个平面。3.如权利要求2所述的一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，其特征在于：所述90°弯曲矩形波导的长边a和窄边b满足：P为最大传输功率，λ为工作频率。4.如权利要求1所述的一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，其特征在于：所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度相同，波导弯头结构呈对称分布；或者所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度不相同，波导弯头结构呈非对称分布，根据应用系统需求，调增单边高...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽威，张婷，王建勋，蒲友雷，罗勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51