一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器制造技术

本发明专利技术提供了一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置有将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，所述其中一部分波导填充有周期可调的带中心孔盘荷波导，一部分为180度扇形同轴波导。同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波被所述金属平板均分为两部分，并且各自在其对应部分的波导内传输，通过调节与微波频率f相对应的带中心孔盘荷波导周期，经过距离mp的传输，两部分波导内传输的微波产生180度相位差，频率为f的微波由TEM模式转换为TE11模式。本发明专利技术采用上述结构和方法，通过调节边缘盘荷波导周期，实现多频点从低频至高频的顺序由TEM模式转换为TE11模式。

【技术实现步骤摘要】
一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器
本专利技术属于高功率微波模式转换器
，具体涉及一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器。
技术介绍
多数高功率微波源具有旋转对称结构，它们产生的模式多是旋转轴对称模式。常见高功率微波源，例如磁绝缘线振荡器、渡越时间振荡器、相对论返波管、相对论速调管的输出都是轴对称TEM模式或TM01模式。这些模式的横向电场呈轴对称分布，从而导致其远场轴向辐射为零，即所谓空心波束，该类微波模式不利于高功率微波的定向传输与发射。为了实现定向辐射，通常要将圆波导TM01模或同轴TEM模变换为圆波导TE11模以获得轴向增益。当前被采用的高功率微波模式变换器基本有以下两种：弯曲型变换方式和移相型变换方式。弯曲型变换方式中比较有代表性的模式变换器为双曲型波导模式变换器。移相型变换方式主要包括同轴插板式模式变换器、径向线型模式变换器及介电介质移相器。对于波导传输多频状态下TM01或TEM模式的高功率微波，由于多数模式转换器具有选频特性(窄频)，且结构特点决定某些转换器(双曲型、径向线型模式转换器)无法改变结构参数，或某些转换器(同轴插板式模式转换器)结构变换较大，无法实现跨频段多频点高功率微波模式转换。从TEM模式和TE11模式的场结构可知，将TEM模式横截面一半部分的电场反向即可获得与TE11近似的场分布。因此，考虑将TEM模传输波导分割为角度为180度的两部分，再分别对两部分施以不同相移，使其产生180度相移即可实现模式变换，即满足条件(β1-β2)·L＝π(β1，β2为扇形界面波导相速度，L为模式变换器长度)。在利用传输系统中的电磁场与电子或其他荷电粒子相互作用的装置或器件中，例如行波放大器，粒子加速器，以及在电磁波与较低速度的波例如声波或静磁波相互作用的器件中，为了使相互作用在较长距离和较长时间内持续进行，需要使传输系统中的电磁波相速低于空间光速。这种传输系统就是慢波系统或慢波结构。完全由光滑的导体壁构成的柱形系统中只能传播快波或TEM波。因为完全齐次边界条件的系统中横向只能是驻波，所以全金属结构的慢波系统器壁不可能是光滑，均匀的。常用皱折表面或称波纹表面的金属波导作为慢波结构。这时它们沿纵向不再是均匀结构而是一种周期结构。当皱折的空间周期远小于导波波长时，可以把皱折表面的系统近似作为均匀系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，解决了对于波导传输多频状态下TM01或TEM模式的高功率微波，由于多数模式转换器具有选频特性(窄频)，且结构特点决定某些转换器(双曲型、径向线型模式转换器)无法改变结构参数，或某些转换器(同轴插板式模式转换器)结构变换较大，无法实现多频点依据低频至高频的顺序由TEM模式至TE11模式的转换问题，通过金属平板将同轴圆波导均分为两部分，一部分填充周期可均匀调节的带中心孔盘荷波导，另一部分为180扇形同轴波导，金属平板使同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波均分为两部分并各自在对应部分的波导内传输。经距离为mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导传输的微波相位差达到180度，则实现频率为f的TEM模式微波转换为TE11模式。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案实现：一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置有将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，所述其中一部分波导填充有周期可调的带中心孔盘荷波导，另一部分为180度扇形同轴波导，同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波被所述金属平板均分为两部分，并且各自在其对应部分的波导内传输，通过调节与微波频率f相对应的带中心孔盘荷波导周期，经过距离mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导内传输的微波产生180度相位差，频率为f的TEM模式高功率微波在模式转换器输出端口转换成为TE11模式，若频率f1的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp1，频率f2的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp2，频率fn的高功率微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mpn(n＝1，2，3，……)，其中频率的数值关系满足：f1＜f2＜……＜fn，其对应的盘荷波导周期关系为：p1＞p2＞……＞pn，则可按照f1、f2、……、fn的顺序，通过调节对应带中心孔盘荷波导的周期实现多个频率的微波依次由TEM模式转换为TE11模式。进一步地，所述带中心孔盘荷波导的周期通过改变其对应的相邻两盘荷波导片之间的距离进行调节，并通过用于调节盘荷波导距离的外控装置依次实现带中心孔盘荷波导周期为p1、p2、……、pn的变化。进一步地，所述盘荷波导片设置连接有具有螺纹结构的连接端，所述盘荷波导片通过螺纹结构与具有等差螺纹距的螺杆进行连接，螺杆连接外控装置。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：与现有技术相比，本专利技术利用一金属平板将同轴圆波导均分为两部分，其中一部分填充周期为p带中心孔盘荷波导，另一部分为180度扇形同轴波导。金属平板使同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波均分为两部分，并且各自在其对应部分的波导内传输，通过调节与微波频率f相对应的带中心孔盘荷波导周期，经过距离mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导内传输的微波产生180度相位差，频率为f的微波由TEM模式转换为TE11模式。此外，带中心孔盘荷波导周期可均匀调节，通过外控装置实现带中心孔盘荷波导周期为p1、p2、……、pn的变化。盘荷波导片通过螺纹结构与具有等差螺纹距的螺杆进行连接，螺杆在径向上转动并带动与其连接的盘荷波导片移动相应的距离，以此改变带中心孔盘荷波导的周期。本专利技术通过调节带中心孔盘荷波导周期结构的设计方法，实现了多频点按照低频至高频的顺序实现由TEM模式至TE11模式的转换。该模式转换方法结构简单、紧凑、易操控，且易于和圆锥喇叭天线集成，获得高功率微波轴向增益。附图说明图1是带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器的侧面剖视结构示意图。图2是带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器的正面剖视结构示意图。其中：1、圆波导，2、盘荷波导片，3、同轴内导体，4、金属平板。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示的一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，包括同轴圆波导，同轴圆波导包括圆波导、在圆波导内沿圆波导轴心方向设置的同轴内导体，圆波导为金属圆波导，同轴内导体为金属同轴内导体。同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置有将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，金属平板为金属薄平板，其中一部分波导填充有周期可调的带中心孔盘荷波导，另一部分为180度扇形同轴圆波导。金属平板使同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波均分为两部分，其中一部分在带中心孔盘荷波导内传输，另一部分继续在180度扇形同轴圆波导内传输，并且金属平板将同轴圆波导与同轴内导体进行定位固定连接。如图2所示，盘荷波导片的周期为p，两盘荷波导片之间的距离为d，距离d通过外控装置可实现均匀变化，从而实现盘荷波导周期为p的调节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，其特征在于同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置有将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，所述其中一部分波导填充有周期可调的带中心孔盘荷波导，另一部分为180度扇形同轴波导，同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波被所述金属平板均分为两部分，并且各自在其对应部分的波导内传输，通过调节与微波频率f相对应的带中心孔盘荷波导周期，经过距离mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导内传输的微波产生180度相位差，频率为f的TEM模式高功率微波在模式转换器输出端口转换成为TE11模式，若频率f1的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp1，频率f2的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp2，频率fn的高功率微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mpn(n＝1，2，3，……)，其中频率的数值关系满足：f1＜f2＜……＜fn，其对应的盘荷波导周期关系为：p1＞p2＞……＞pn，则可按照f1、f2、……、fn的顺序，通过调节对应带中心孔盘荷波导的周期实现多个频率的微波依次由TEM模式转换为TE11模式。...

【技术特征摘要】
1.一种带中心孔盘荷波导多频可控模式转换器，其特征在于同轴圆波导内沿同轴圆波导轴线方向设置有将同轴圆波导均分为两部分的金属平板，所述其中一部分波导填充有周期可调的带中心孔盘荷波导，另一部分为180度扇形同轴波导，同轴圆波导内频率为f的TEM模式微波被所述金属平板均分为两部分，并且各自在其对应部分的波导内传输，通过调节与微波频率f相对应的带中心孔盘荷波导周期，经过距离mp的传输(m为正整数，p为带中心孔盘荷波导周期)，两部分波导内传输的微波产生180度相位差，频率为f的TEM模式高功率微波在模式转换器输出端口转换成为TE11模式，若频率f1的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp1，频率f2的微波由TEM模式转换为TE11模式需要经过传输的距离为mp2，频率fn的高功率微波由TEM模式转换为TE11...

【专利技术属性】
技术研发人员：张运俭，马弘舸，丁恩燕，赵刚，秦风，林江川，蔡金良，钟龙权，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51