用于諧波倍增回旋管放大器的Ku波段輸入耦合系統(tǒng)的研究.pdf

1、回旋管放大器通常工作在圓波導(dǎo)的高次模式，采用高次模工作的回旋管需要有相應(yīng)的輸入耦合系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)矩形波導(dǎo)基模(TE10模)到圓波導(dǎo)高次模(通常為TE0n模)的轉(zhuǎn)換以完成信號的饋入。采用高次模式將不可避免地帶來模式競爭，為了提高回旋管的性能參數(shù)，保證回旋管工作的穩(wěn)定性、高效率和寬帶寬，有效地抑制回旋管工作中寄生模式的振蕩至關(guān)重要。如果回旋放大器采用的電路本身對某一特定的模式，如TE02模，具有高度的模式選擇性，而對其它的模式具有抑制作用，這對

2、放大器性能的改善非常有意義。本文研究的輸入耦合系統(tǒng)就是這樣一種具有模式選擇特性的模式轉(zhuǎn)換電路。該輸入耦合系統(tǒng)工作在Ku波段，用來激勵并傳輸TE02圓電模，它包括三個主要部分：寬帶盒型微波輸入窗；同軸過渡耦合輸入段和漸變開槽波導(dǎo)模式變換器。 本文先從理論上對構(gòu)成輸入耦合系統(tǒng)的各主要組成部分進(jìn)行了必要的分析：給出了求解盒型微波窗各關(guān)鍵幾何尺寸的數(shù)學(xué)表達(dá)式；利用模式耦合理論，從一般電報方程導(dǎo)出了同軸扇形漸變波導(dǎo)的耦合波方程，獲得同軸扇

3、形漸變波導(dǎo)中輸入模式與其它模式之間的模式轉(zhuǎn)換系數(shù)關(guān)系。應(yīng)用上述結(jié)果，計(jì)算了工作模式與其它傳輸模式之間轉(zhuǎn)換系數(shù)與頻率、漸變過渡長度以及終止扇形角之間的關(guān)系；討論了漸變開槽波導(dǎo)模式變換器中實(shí)現(xiàn)圓電模TE0,n模和TE0,n+p模相互轉(zhuǎn)換的條件和物理過程。 其次，利用AnsoftHFSS軟件對輸入耦合系統(tǒng)的各組成部分進(jìn)行了數(shù)值模擬：優(yōu)化了盒型窗的性能參數(shù)，得到了理想的帶寬特性曲線；確定了扇形漸變波導(dǎo)中扇形漸變段的長度，分析了工作頻帶內(nèi)

4、競爭模式對工作模式的影響，探討了濾模加載對改善模式轉(zhuǎn)換性能的作用。模擬結(jié)果表明，濾模加載可以削弱競爭模式對工作模式的影響，使轉(zhuǎn)換效率曲線變得光滑而平坦；詳細(xì)計(jì)算了漸變開槽波導(dǎo)中漸變段長度和開槽個數(shù)對TE0,n(→)TE0，n+p模式轉(zhuǎn)換效率的影響，得到了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率曲線和模式轉(zhuǎn)換圖。 最后，在確定了同軸扇形漸變段與漸變開槽波導(dǎo)段之間銜接部分長度的基礎(chǔ)上，對輸入耦合系統(tǒng)總體模式轉(zhuǎn)換效率的幅頻特性進(jìn)行了模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對部