[发明专利]一种慢波高功率微波源的输出模式纯化方法

权利要求书

1.一种慢波高功率微波源的输出模式纯化方法，将慢波高功率微波源输出的任意功率比例的TM₀₁、TM₀₂混合模式纯化为单一的TM₀₁模式，并且保持输出功率不变，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据慢波高功率微波源的功率输出波导内的TM₀₁、TM₀₂模式的功率比例                                                ，选择慢波高功率微波源的输出模式纯化系统的搭建方案，具体步骤如下：

步骤1-1. 确定慢波高功率微波源的功率输出波导内的TM₀₁、TM₀₂模式的功率比例为

,

其中，、分别为慢波高功率微波源的功率输出波导8内的TM₀₁、TM₀₂模式的功率；

步骤1-2. 搭建慢波高功率微波源的输出模式纯化系统Ⅰ及Ⅱ：

当大于等于15时，搭建由慢波高功率微波源的功率输出波导端口9顺序连接相位调节圆波导10、锥波导型不完全模式转换器11和纯化模式输出波导Ⅰ12构成的纯化系统Ⅰ；

当大于等于15或小于15时，搭建由慢波高功率微波源的功率输出波导端口9顺序连接相位调节圆波导10、半径周期渐变圆波导型不完全模式转换器13和纯化模式输出波导Ⅱ14构成的纯化系统Ⅱ；

步骤二、确定上述两种纯化系统中的不完全模式转换器的结构参数，具体步骤如下：

步骤2-1. 上述两种纯化系统中的不完全模式转换器将TM₀₂模式部分转化为TM₀₁模式的模式转换系数的幅值均为

，

其中：为不完全模式转化器将TM₀₂模式部分转化为TM₀₁模式的模式转化系数， 的值如步骤1-1 所述；

步骤2-2. 确定不完全模式转换器的结构参数，使其模式转换系数满足步骤2-1的要求，并且功率反射小于20dB；

锥波导型不完全模式转换器11，其上、下游半径分别为R_t1、R_t2，轴向长度为L_t；R_t1固定为慢波高功率微波源的功率输出波导8的半径R₀；R_t2大于R_t1，且R_t2与工作微波波长λ的关系为：0.88λ < R_t2 < 1.38λ；L_t与工作微波波长λ的关系为L_t > 2λ； 

半径周期渐变圆波导型不完全模式转换器13的半径R(z)变化的规律为

，

其中：为该半径周期渐变圆波导型不完全模式转换器的最小半径，固定为慢波高功率微波源的功率输出波导8的半径R₀；周期长度，为TM₀₁、TM₀₂模式在半径R_c的圆导中的拍波波长，这里，、分别为TM₀₁、TM₀₂模式在半径R_c的波导中的轴向波数；ε表示半径扰动的大小，其满足0 < ε < 1；周期数N取1到4之间的整数； 

 步骤三、根据慢波高功率微波源的功率输出波导端口9上的TM₀₁、TM₀₂模式的相位，以及步骤二中所设计的不完全模式转换器对TM₀₁、TM₀₂模式的相移，设计相位调节圆波导10，具体步骤如下：

步骤3-1. 确定相位调节圆波导10所要实现的对TM₀₁、TM₀₂模式的相移之差为

，

其中：、分别为相位条件圆波导对TM₀₁、TM₀₂模式的相移；、分别为慢波高功率微波源输出波导端口9上TM₀₁、TM₀₂模式的相位；为TM₀₁模式经按照步骤二设计的不完全模式转换器传输时的相移；为TM₀₂模式经按照步骤二设计的不完全模式转换器部分转换为TM₀₁模式时的相移；是使(- )为正数的最小整数；

步骤3-2. 根据步骤3-1.确定的相移差(-)，确定相位调节圆波导10的结构参数：半径R^*固定为慢波高功率微波源的功率输出波导的半径R₀；长度L^*为

，

其中：(- )的值如步骤3-1.所述；β₁、β₂的值如步骤2-2.所述。