Ka波段高功率微波模式變換與傳輸技術(shù)的研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC1注學(xué)位論文Ka波段高功率微波模式變換與傳輸技術(shù)的研究（題名和副題名）王依群（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名牛新建副教授電子科技大學(xué)成都（職務(wù)、職稱(chēng)、學(xué)位、單位名稱(chēng)及地址）申請(qǐng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位級(jí)別碩士專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)等離子體物理論文提交日期2012.04論文答辯日期2012.05學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2012年月日注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法UDC》的類(lèi)號(hào)。摘要I摘要隨著高功率微波技術(shù)的迅速發(fā)展，高功率微波尤其是高功率

2、毫米波在國(guó)防和工業(yè)等方面的應(yīng)用越加廣泛。由高功率毫米波源輸出的模式為高階模式（H0p，p1）或者邊廊模式（Hmp，m1，p=1，2），這些模式并不適合天線直接輻射，因?yàn)槠漭S向輻射呈空心圓錐狀，能量發(fā)散，通常都要使這些模式通過(guò)一段模式變換與傳輸系統(tǒng)后再進(jìn)行輻射。而模式變換與傳輸系統(tǒng)能否穩(wěn)定、高效的工作，直接決定著整個(gè)高功率微波系統(tǒng)是否可以發(fā)揮最大效用，因此設(shè)計(jì)能夠穩(wěn)定、高效工作的模式變換與傳輸系統(tǒng)具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用意義。本文對(duì)工作頻率

3、在Ka波段內(nèi)的回旋管外接圓波導(dǎo)模式變換器及過(guò)渡器作了詳細(xì)的研究工作。主要工作如下：1.研究了兩種不均勻波導(dǎo)的模式耦合情況，分別為軸線彎曲和半徑漸變。以模式耦合理論為基準(zhǔn)，對(duì)麥克斯韋方程進(jìn)行推導(dǎo)得到耦合方程，并給出耦合系數(shù)。2.分析了模式全轉(zhuǎn)換特性，給出軸線呈蛇形線彎曲結(jié)構(gòu)的H01H11模式變換器，結(jié)合現(xiàn)有的“模式傳輸與轉(zhuǎn)換模擬”軟件，對(duì)該結(jié)構(gòu)的變換器各參量進(jìn)行模擬計(jì)算。同時(shí)利用HFSS進(jìn)行仿真優(yōu)化，在工作頻率為30.4GHz時(shí)轉(zhuǎn)換效率約

4、98.1%，傳輸效率99.5%，約1.26GHz帶寬范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換效率不低于90%。針對(duì)器件加工過(guò)程產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析，計(jì)算表明器件半徑變化范圍1mm時(shí)，H11模式相對(duì)功率變化幅度不超過(guò)0.65%，表明該結(jié)構(gòu)的變換器具有高效、寬帶、穩(wěn)定的特性。3.分析了輪廓線呈正弦結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)的模式耦合情況，得到了過(guò)渡器的工作機(jī)理，同時(shí)研究了幾種不同結(jié)構(gòu)的過(guò)渡器，分別為線性結(jié)構(gòu)、一階正弦結(jié)構(gòu)和高階正弦結(jié)構(gòu)。利用HFSS對(duì)這幾種過(guò)渡器的幾何長(zhǎng)度參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)

5、化，得到三種結(jié)構(gòu)在各自的帶寬范圍內(nèi)傳輸效率均不低于99%，其中線性結(jié)構(gòu)的帶寬最大約2.03GHz，高階正弦結(jié)構(gòu)的帶寬最小約1.40GHz但同時(shí)也具有最好的緊湊性。4.結(jié)合復(fù)功率守恒技術(shù)，推導(dǎo)出突變結(jié)構(gòu)的散射矩陣，給出H11HE11模式變換器的設(shè)計(jì)方法，利用HFSS對(duì)該變換器的幾何長(zhǎng)度參量進(jìn)行仿真優(yōu)化，得到變換器幾何長(zhǎng)度為290mm時(shí)，在工作頻率30.4GHz下H11模式相對(duì)功率約為84.4%，E11模式相對(duì)功率約為15.3%，約0.81