太赫茲回旋管模式變換器及同軸輸出結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、近年來，隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展，回旋管作為目前功率最高的太赫茲源受到廣泛的重視。而作為回旋管重要組成部分的模式變換器及其輸出結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)劣直接影響太赫茲源的性能。本文提出了0.22THz回旋管的模式變換器及同軸輸出結(jié)構(gòu)，主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 一、我們研制的220GHz回旋管模式變換器件，采用不規(guī)則光滑圓波導(dǎo)作為載體。首先本文從耦合波理論著手，利用正交函數(shù)的展開理論，將波導(dǎo)內(nèi)的場(chǎng)展開為電波和磁波“駐波”的級(jí)數(shù)形式，導(dǎo)出傳輸線方

2、程組，通過耦合波傳輸線方程組導(dǎo)出耦合波方程組及相應(yīng)耦合系數(shù)的一般表達(dá)式。當(dāng)計(jì)算某一具體軸線彎曲或變截面波導(dǎo)時(shí)帶入相應(yīng)的數(shù)值，就可以得到具體的耦合系數(shù)表達(dá)式和耦合波方程組，從而得到TE0,n-TE0,n-1、TE01-TE11實(shí)現(xiàn)函數(shù)。 二、在得到函數(shù)方程后，采用半徑周期漸變和蛇形線微擾的幾何結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)TE03-TE01、TE01-TE11的模式變換，再利用CST進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即可找到最優(yōu)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。通過理論分析和計(jì)算機(jī)模擬，設(shè)計(jì)出

3、了直徑為5mm、220GHz太赫茲波段回旋管模式變換輸出結(jié)構(gòu)。在TE03-TE01、TE02-TE01模式變換輸出部分，采用半徑漸變波導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)，在TE01-TE11部分，采用蛇行線微擾的幾何結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)計(jì)算了其S21參數(shù)，帶寬，增益等。 通過軟件HFSS/CST的優(yōu)化分析，并且采用相位重匹配技術(shù)，我們實(shí)現(xiàn)了直徑為5mm、220GHz太赫茲波段回旋管模式變換器的高效轉(zhuǎn)換輸出，此結(jié)果對(duì)以后進(jìn)一步發(fā)展220GHz及更高頻率的回旋管太赫

4、茲源模式變換器提供了的參考依據(jù)。 三、設(shè)計(jì)了225GHz同軸回旋管輸出結(jié)構(gòu)，自輸出腔引入的TE03通過此結(jié)構(gòu)后以圓波導(dǎo)的形式進(jìn)入輸入窗，從而經(jīng)過輸出窗向外輻射出去，本文結(jié)合輸出腔的特性分析，同軸波導(dǎo)傳輸線TE波場(chǎng)方程，數(shù)值模擬了225GHz回旋管同軸輸出結(jié)構(gòu)內(nèi)軸不同半徑、長(zhǎng)度與輸出效率、帶寬的關(guān)系。 通過理論分析與數(shù)值模擬，我們得到外軸半徑、長(zhǎng)度一定時(shí)，內(nèi)軸半徑越小其輸出效率和帶寬越大；同樣內(nèi)外軸長(zhǎng)度之差滿足nλ/2(n