ka波段回旋行波管TE01-TM11-HE11傳輸系統(tǒng)研究.pdf

1、高功率毫米波系統(tǒng)主要由高功率毫米波源、毫米波傳輸鏈系統(tǒng)和毫米波發(fā)射和接收系統(tǒng)組成。高功率毫米波源是毫米波系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng),決定毫米波系統(tǒng)的性能好壞,回旋管是優(yōu)質(zhì)毫米波源的代表;毫米波傳輸鏈系統(tǒng)主要包括模式的變換和波模轉(zhuǎn)換,將毫米波源產(chǎn)生的毫米波轉(zhuǎn)換為與發(fā)射系統(tǒng)匹配的波模;毫米波發(fā)射和接收系統(tǒng)的主要器件是天線,對外發(fā)射和接收毫米波能量。
　　模式變換器作為毫米波傳輸鏈系統(tǒng)的一部分,提高其性能對于高功率毫米波系統(tǒng)的改善起著無可比擬的意

2、義。模式變換使毫米波源發(fā)射的能量高效的轉(zhuǎn)換和傳輸,對于高功率毫米波有效的利用具有重要作用,因此,模式變換器的研究具有重要的研究意義和工程應(yīng)用意義。本論文在回旋管預(yù)研項目的資助下,對TE01--TM11--HE11模式變換鏈進(jìn)行了深入的理論研究和仿真模擬,設(shè)計加工了一種新型的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01--TM11模式變換器,數(shù)值計算結(jié)果與仿真結(jié)果一致并成功應(yīng)用于科研實驗中。本論文的主要工作如下:
　　1.綜述了高功率毫米波的特點和各方

3、面應(yīng)用、毫米波系統(tǒng)和回旋管的發(fā)展歷史、模式變換器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
　　2.深入研究耦合波的基本原理,由麥克斯韋方程組結(jié)合正交函數(shù)的展開理論,推導(dǎo)出了軸線彎曲圓波導(dǎo)模式變換器的耦合波方程組以及方程當(dāng)中相對應(yīng)的耦合系數(shù)的表達(dá)式。對于耦合波方程組的求解問題進(jìn)行詳細(xì)的分析,介紹了適合求解的數(shù)值計算方法以及參數(shù)的優(yōu)化算法。
　　3.結(jié)合工程應(yīng)用需求,根據(jù)軸線彎曲耦合波方程組和耦合波方程組的求解方法編寫了優(yōu)化程序,優(yōu)化設(shè)計出了一種

4、緊湊、高效的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01--TM11模式變換器。模式變換器一方面直接實現(xiàn)了波導(dǎo)傳播方向90度的轉(zhuǎn)變,另一方面TE01模式直接轉(zhuǎn)變?yōu)門M11模式輸出。對模式變換器進(jìn)行三維仿真,仿真結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果一致,并且進(jìn)行了實物的加工。仿真結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果表明設(shè)計的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01--TM11模式變換器滿足實際工程的需求。
　　4.深入的研究了復(fù)功率守恒法,導(dǎo)出了用來研究突變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方法——廣義散射矩陣。對于 TM11