【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域，更具体地，涉及一种辐射器设计方法、辐射器及多频毫米波模式变换系统。
技术介绍
1、兆瓦级回旋管作为高功率毫米波源，用于磁约束聚变中的电子回旋共振加热(ecrh)或电子回旋电流驱动(eccd)等。兆瓦级回旋管中，谐振腔的工作模式一般为高阶体模。通常情况下，高阶体模不宜直接进行传输，否则会造成较大传输损耗。一般情况下，需要通过回旋管内置的准光模式变换器对谐振腔输出的高阶体模进行模式变换，从而转换为便于高效传输的高纯度高斯基模(tem00模)。兆瓦级回旋管由于功率等级高，对准光模式变换系统的衍射损耗有严格要求。
2、辐射器作为模式变换系统的核心部件之一，用于对回旋管中的毫米波进行变换。对辐射器结构进行优化设计可以降低模式变换系统的衍射损耗。现有技术中，采用内壁光滑不带有微扰结构的辐射器(比如伏拉索夫辐射器)通常只适用于低功率情况下低阶模式的毫米波变换，对高阶模式的毫米波难以得到较好的变换效果。并且，现有的辐射器结构以及模式变换系统大多只能针对某个或某些特定频率及对应模式有较高的转换效率，将其应用在其它频率及模式下，则会产生较大的衍射损耗，造成tem00模的含量降低。
3、相位矫正镜也是模式变换系统的核心部件之一，用于对从辐射器输出的毫米波进行相位校正以期得到高斯含量较高的输出波束。现有技术中采用的相位矫正镜均为光滑镜面结构，在设计过程中可以改变的参数只有光滑曲面镜的形状特征参数，如焦距等，难以在多频多模式下得到高斯含量较高的输出波束。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种辐射器设计方法、辐射器及多频毫米波模式变换系统，其目的在于降低多频多模式毫米波的衍射损耗。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种辐射器设计方法，所述辐射器内壁设有扰动，所述设计方法包括：
3、s1、计算每个频率和模式下的毫米波对应的辐射器内壁扰动幅度；
4、s2、选择毫米波模式转换效率最高的频率和模式对应的辐射器作为当前辐射器，并选择待优化的频率和模式；
5、s3、将当前每个待优化的频率和模式下的毫米波输入至当前辐射器中，计算当前辐射器对应输出毫米波的场分布，以及对应的当前辐射器内壁扰动幅度；并分别计算每个场分布与目标场分布间的相关系数，用相关系数大小作为对应频率和模式的权重；所述目标场分布为类高斯分布；
6、s4、将s3中的扰动幅度乘以对应频率和模式的权重后，加上当前辐射器的扰动幅度，作为更新后的当前辐射器；并判断择s3中所述相关系数是否均达到预设阈值，若否，则将没有达到预设阈值的相关系数对应的频率和模式作为当前待优化的频率和模式，跳转至s3；
7、若是，则将更新后的当前辐射器作为最优辐射器。
8、进一步地，s2中，选择毫米波模式转换效率最高的频率和模式对应的辐射器，包括：
9、s21、将其它频率和模式下的毫米波分别输入至当前频率和模式下的毫米波对应的辐射器中，计算辐射器对应输出毫米波的场分布；
10、s22、分别计算每个场分布与目标场分布间的相关系数，并将所述相关系数加权平均后作为当前频率和模式下的毫米波对应的辐射器的综合相关系数；
11、s23、选择下一个频率和模式作为当前频率和模式，并跳转至s21，直至得到每个频率和模式下的毫米波对应的辐射器的综合相关系数；
12、s24、选择综合相关系数最高的辐射器作为毫米波模式转换效率最高的频率和模式对应的辐射器。
13、进一步地，s2中，选择待优化的频率和模式，包括：选择s22中得到的每个场分布与目标场分布间的相关系数低于设定阈值对应的频率和模式作为待优化的频率和模式。
14、进一步地，s1包括：
15、s11、将当前频率和模式下的毫米波输入至当前辐射器后得到的输出毫米波的场分布作为当前场分布；其中，当前辐射器内壁扰动幅度为0；
16、s12、提取当前场分布的相位，并将当前场分布的相位与目标场分布的相位相减，将得到的相位差值代入扰动计算方程中，得到当前的扰动幅度；
17、s13、将当前的扰动幅度代入标量衍射方程中，采用二维快速傅里叶变换，得到新的毫米波的场分布；
18、s14、将所述新的毫米波的场分布作为当前场分布，并计算当前场分布与目标场分布的相关系数；判断相关系数是否超过预设的阈值；
19、若否，则跳转至s12；
20、若是，则将当前的扰动幅度作为当前频率和模式下的毫米波对应的辐射器内壁扰动幅度；并将下一个频率和模式作为当前频率和模式，跳转至s11，直至得到每个频率和模式下的毫米波对应的辐射器内壁扰动幅度。
21、按照本专利技术的第二方面，提供了一种辐射器，所述辐射器内壁设有扰动，所述辐射器通过第一方面任意一项所述的设计方法得到。
22、按照本专利技术的第三方面，提供了一种多频毫米波模式变换系统，包括：辐射器、聚焦镜及相位矫正镜；其中，所述辐射器通过第一方面任意一项所述的设计方法得到，或者，所述辐射器为第二方面所述的辐射器；
23、所述辐射器用于对输入的多频多模式毫米波进行预聚束；
24、所述聚焦镜用于对预聚束的毫米波进行角向聚束；
25、所述相位矫正镜用于对角向聚束后的毫米波进行相位校正，以从回旋管输出窗输出对应频率下高斯模式的毫米波。
26、进一步地，所述相位矫正镜包括第一相位矫正镜和第二相位矫正镜；所述角向聚束后的毫米波依次经过所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜进行相位校正。
27、进一步地，所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜的镜面上设有扰动结构，所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜的设计方法包括：
28、s1、将从所述聚焦镜输出的每个频率和模式的毫米波正向传输至第一相位矫正镜的场分布作为当前场分布；其中，第一相位矫正镜和第二相位矫正镜的初始扰动幅值为0；
29、s2、提取每个频率和模式经过当前场分布的幅值b和相位b，以及毫米波正向传输至第二相位矫正镜的场分布的相位c；
30、s3、假定回旋管输出窗处出射一束高斯毫米波并反向传输至第二相位矫正镜处，提取第二相位矫正镜处假定场分布的幅值e和相位e，得到每个频率和模式对应的第二相位矫正镜的扰动幅度δx2＝(e-c)/(2kcosα2)，α2表示第二相位矫正镜的倾斜，k表示毫米波在自由空间中的波数；将所述扰动幅度加权平均作为当前第二相位矫正镜的扰动幅度；
31、s4、由假定场分布的幅值e和正向传输场分布的相位c构成第二相位矫正镜处新的场分布；提取新的场分布反向传输至第一相位矫正镜处场分布的相位f，得到当前频率和模式对应的第一相位矫正镜的扰动幅度δx1＝(f-b)/(2kcosα1)，α1表示第一相位矫正镜的倾斜角；将所述扰动幅度加权平均作为当前第一相位矫正镜的扰动幅度；
32、s5、由正向传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种辐射器设计方法，其特征在于，所述辐射器内壁设有扰动，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，S2中，选择毫米波模式转换效率最高的频率和模式对应的辐射器，包括：
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，S2中，选择待优化的频率和模式，包括：选择S22中得到的每个场分布与目标场分布间的相关系数低于设定阈值对应的频率和模式作为待优化的频率和模式。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，S1包括：
5.一种辐射器，其特征在于，所述辐射器内壁设有扰动，所述辐射器通过权利要求1-4任意一项所述的设计方法得到。
6.一种多频毫米波模式变换系统，其特征在于，包括：辐射器、聚焦镜及相位矫正镜；其中，所述辐射器通过权利要求1-4任意一项所述的设计方法得到，或者，所述辐射器为权利要求5所述的辐射器；
7.根据权利要求6所述的多频毫米波模式变换系统，其特征在于，所述相位矫正镜包括第一相位矫正镜和第二相位矫正镜；所述角向聚束后的毫米波依次经过所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜进行相位
8.根据权利要求7所述的多频毫米波模式变换系统，其特征在于，所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜的镜面上设有扰动结构，所述第一相位矫正镜和所述第二相位矫正镜的设计方法包括：
9.根据权利要求6-8任意一项所述的多频毫米波模式变换系统，其特征在于，所述聚焦镜为准椭圆柱面镜。
10.根据权利要求9所述的多频毫米波模式变换系统，其特征在于，所述聚焦镜的镜面方程为：
...【技术特征摘要】
1.一种辐射器设计方法，其特征在于，所述辐射器内壁设有扰动，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，s2中，选择毫米波模式转换效率最高的频率和模式对应的辐射器，包括：
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，s2中，选择待优化的频率和模式，包括：选择s22中得到的每个场分布与目标场分布间的相关系数低于设定阈值对应的频率和模式作为待优化的频率和模式。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，s1包括：
5.一种辐射器，其特征在于，所述辐射器内壁设有扰动，所述辐射器通过权利要求1-4任意一项所述的设计方法得到。
6.一种多频毫米波模式变换系统，其特征在于，包括：辐射器、聚焦镜及相位矫正镜；其中，所述...
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