[发明专利]一种适用于TE1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头

说明书

技术领域

本发明属于大功率微波传输器件领域，具体涉及一种适用于TE_1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头。

背景技术

大功率微波毫米波在远距离高分辨率雷达、电子回旋谐振加热、超级干扰机、加速器、精细陶瓷烧结、材料表面处理、等离子体化学等科学研究领域具有广泛应用。回旋行波管具有高功率、宽频带的特点，是微波毫米波频段上的理想大功率源。TE_1,1模是圆波导基模，选用其作为工作模式，有利于减少器件内模式竞争、提高器件增益，因而是回旋行波管常用的工作模式。根据回旋行波管的工作特性，输出的TE_1,1模为圆极化状态。在实际应用中，根据需求的不同，有时需要使用大功率极化器将其转换为特定极化波束。

在微波传输过程中，为了有效引导波束传播、实现系统的紧凑化布局，需要使用到波导弯头来改变波束的传播方向。出于满足功率源输出、降低传输系统的损耗的要求，传输链路上的器件包括波导弯头均为过模器件(即器件的尺寸远大于工作波长)。过模器件内存在的波导模式丰富，稍微的扰动均会容易激励起寄生模式，降低传输性能。波束转向会破坏传输线的均匀性，容易产生寄生模式。因此，抑制寄生模式的产生，保证输出波束的极化特性是研制大功率过模波导弯头的关键。目前，实现大功率微波有效转弯的方式有：基于椭圆波导结构的弯头、基于圆波导结构的弯头和斜角弯头。椭圆结构的波导弯头在保证单模传输的情况下，可以实现宽频带高效率的模式传输。但是为了保障单模传输条件，椭圆波导尺寸较小，功率容量有限，难以实现大功率传输。此外，椭圆波导弯头由于其结构的特殊性，对加工装配的要求很高。圆波导弯头引导TE_1,1模转弯时，容易激励起TM_0,1模、TE_2,1模等寄生模式。为了提高传输效率，需要增大转弯半径，从而使得整个器件体积庞大。斜角弯头通过镜面反射的方式来实现波束的转向。为了降低波束在镜面处的衍射，需要利用模式变换段产生适当比例的混合模式，其到达镜面中心时束斑最小。斜角弯头具有传输效率高、模式纯度高等特点。但是，由于模式转换段的使用，使得整个转弯结构体积庞大，不满足大功率微波系统的紧凑化要求。

发明内容

为了满足特定应用系统对于发射机系统纵向高度的要求，尽可能地提高大功率毫米波系统的紧凑化程度、传输效率和模式纯度，本发明提出了一种适用于TE_1,1模回旋行波管的紧凑型过模波导弯头，该弯头可以在引导波束高效率转弯的同时，根据应用需求实现特定极化状态的波束输出，并且整个弯头结构简单，易于加工。

本发明通过以下技术方案实现：

一种紧凑型的大功率过模微波弯头，包括90°弯曲矩形波导以及其两端连接的两段矩形-圆波导过渡结构，三段结构内部腔体连接处平滑过渡。

所述组成弯头的三个部件通过凹凸法兰相接，并在法兰连接处配有定位销钉，以保证装配精度。

所述两段矩形-圆波导过渡结构为半径沿轴向从圆渐变为矩形的过渡结构，可以通过线性或非线性的方式来实现，其中作为输入端的圆波导尺寸由前级微波输入结构决定，作为输出端的圆波导尺寸由后续微波传输器件的输入口结构决定。

所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度可以相同，使得波导弯头结构呈对称分布。

所述两段矩形-圆波导过渡结构的长度可以不相同，使得波导弯头结构呈非对称分布，根据应用系统需求，调增单边高度，满足特定系统的应用。

所述90°弯曲矩形波导采用E面转弯的结构，即矩形波导的宽边弯曲而长边保持为一个平面，以扩大转弯处内外壁的面积，降低局部场强。

所述90°弯曲矩形波导的长边a和窄边b满足：

P为最大传输功率，λ为工作频率。

所述90°弯曲矩形波导转弯时的变化曲线为1/4圆弧段。

所述波导弯头两端设有凹凸法兰，方便与传输线系统连接。

进一步地，该弯头设置有冷却装置。

所述冷却装置包括设置于90°弯曲矩形波导转弯结构外壁的冷却槽和带有进水口和出水口的盖板组成。盖板固定于冷却槽外侧，水流从盖板其中一孔流入，另一孔流出。

本发明结构简单，可以采用普通铜材或铝材加工。