[发明专利]一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法

权利要求书

1.一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器，其特征在于，所述高斯波束滤模器包括：第一波纹喇叭、过渡段波导和第二波纹喇叭；其中，所述第一波纹喇叭和第二波纹喇叭的结构完全相同；每一个波纹喇叭为在喇叭的内表面刻有多个间距相等的波纹槽；喇叭的曲面轮廓为sin²型；多个波纹槽互相平行，且与喇叭共轴；所述波纹槽的槽深随喇叭的半径变大而变小；喇叭中半径较大的端口为口面，半径较小的端口为背面；所述第一波纹喇叭与第二波纹喇叭背面相对，由过渡段波导相连接；所述过渡段波导的半径与波纹喇叭的背面半径相等；第一波纹喇叭的口面作为输入端，第二波纹喇叭的口面作为输出端；回旋管输出窗产生的纯度不高的混合高斯模经输入端进入第一波纹喇叭；第一波纹喇叭利用天线的互易原理，将纯度不高的混合高斯模转换成单一的TE₁₁模；在第一波纹喇叭的内表面，波纹槽的槽深随喇叭的半径变小而变大，减小阻抗不匹配产生的反射；TE₁₁模经过渡段波导馈入第二个波纹喇叭；第二个波纹喇叭将TE₁₁模转换成高纯度的混合HE₁₁模，并且在第二波纹喇叭的内表面，波纹槽的槽深随喇叭的半径变大而变小，减小阻抗不匹配产生的反射，从而实现对准光传输的混合高斯模的滤模；从输出端耦合进入后续的过模波导传输线中。

2.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述喇叭的曲面轮廓采用sin²型，其半径a(z)随距离z的表达式如下：

其中，a_i为喇叭的背面半径，a_o为喇叭的口面半径，L为喇叭的长度。

3.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述高斯波束滤模器的工作频率为窄频带或者宽频带；高斯波束滤模器的工作频率为窄频带f_max≤1.4f_min，中心频率f_c满足：或者，高斯波束滤模器的工作频率为宽频带1.4f_min≤f_max≤2.4f_min，中心频率为1.1f_min≤f_c≤1.3f_min，其中，f_min为工作频率的最小值，f_max为工作频率的最大值。

4.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述喇叭的背面半径a_i满足其中，f_min为工作频率的最小值，c为光速。

5.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述喇叭的口面半径a_o与过模波导的口径以及回旋管输出窗的大小一致。

6.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述波纹喇叭在半径为a_j处的波纹槽的槽深d_j满足其中，κ为修正因子，k_c为中心频率的波数，λ_c为中心频率的波长。

7.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，相邻的波纹槽的距离p满足其中，λ_c为中心频率的波长。

8.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述波纹槽的宽度与相邻的波纹槽的距离的比δ的取值范围满足0.7≤δ≤0.9。

9.如权利要求1所述的高斯波束滤模器，其特征在于，所述喇叭的长度L为其中，λ_c为中心频率的波长，a_o为喇叭的口面半径。

10.一种如权利要求1所述的具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

1)喇叭的曲面轮廓采用sin²型，其半径a(z)随距离z的表达式如下：

其中，a_i为喇叭的背面半径，a_o为喇叭的口面半径，L为喇叭的长度；

2)高斯波束滤模器的工作频率为窄频带f_max≤1.4f_min，中心频率f_c满足：或者，高斯波束滤模器的工作频率为宽频带中心频率为1.1f_min≤f_c≤1.3f_min，其中，f_min为工作频率的最小值，f_max为工作频率的最大值；

3)喇叭的背面半径a_i满足c为光速；

4)喇叭的口面半径a_o与过模波导的口径以及回旋管输出窗的大小一致；

5)波纹喇叭在半径为a_j处的波纹槽的槽深d_j满足其中，k_c为中心频率的波数，λ_c为中心频率的波长；

6)相邻的波纹槽的距离p满足其中，λ_c为中心频率的波长；

7)波纹槽的宽度与相邻的波纹槽的距离的比δ的取值范围满足0.7≤δ≤0.9；

8)喇叭的长度L为

9)调整过渡段波导的长度t，使得TE₁₁模的反射系数最小。