[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

说明书

本发明公开了一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法。本发明利用波纹喇叭能够产生高纯度的混合HE₁₁模的特性以及天线互易的原理，设计了一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器；回旋管输出窗辐射出的不理想高斯波束经过第一波纹喇叭后，仅有单一的TE₁₁模通过，TE₁₁模经过第二波纹喇叭的模式转换产生纯度很高的混合HE₁₁模，最终馈入过模波导传输线；本发明能够解决准光传输的高斯模不理想的问题，有效提高馈入传输线的高斯模纯度，进而实现太赫兹波的高效率传输。

技术领域

本发明涉及微波器件领域，具体涉及一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法。

背景技术

作为太赫兹频段输出功率最大的辐射源之一，回旋管被广泛用作电子回旋加热(ECRH)、电子回旋诊断(ECD)以及医学动态核磁共振(DNP-NMR)等的太赫兹源。电子回旋脉塞器件是一种基于电子在纵向磁场中回旋谐振受激辐射机理的快波器件。随着太赫兹回旋管向高功率、高频率方向发展，为了提高腔体功率容量，减小欧姆损耗，回旋管的工作模式通常为高阶模式。在回旋管与应用装置之间往往存在一段较长的传输距离，而高阶模式在传输过程中存在严重的绕射和极化损耗，因此必须将其转化为有利于自由空间传输的高斯波束。

目前采用最为广泛的方式是利用弗拉索夫发射器将回旋管中的高阶模转换为线性极化的高斯波束，然后将高斯波束耦合进过模波导，并激励起过模波导中的线性极化的HE₁₁模。通常，弗拉索夫发射器辐射出的波束并不是理想的高斯波束，而过模波导传输线要求精准的激励模式，模式不纯会增大过模波导传输线的欧姆损耗，使输出端口波束的品质降低难以达到应用的标准。所以解决输入端高斯波束的整形及滤模问题，对实现太赫兹波的高效率高功率传输具有重要的实际意义。

波纹喇叭是毫米波以及太赫兹频段理想的天线馈源，它能产生高纯度的混合HE₁₁模。HE₁₁模大约由85％的TE₁₁模以及15％的TM₁₁模构成,与自由空间传输的高斯模有98％的耦合效率。本发明利用波纹喇叭这一特性以及天线的互易原理，将两个完全相同的优化后的波纹喇叭背靠背连接在一起，可以实现对回旋管输出窗输出的不理想高斯波束的整形及滤模，使高斯波束能更好的耦合进入过模波导传输线，并最终到达应用装置。

发明内容

针对以上现有技术问题中存在的问题，本发明提出了一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器及其实现方法，用在回旋管至应用装置的传输电路中，解决准光传输的高斯模不纯的问题，进而实现对高斯波束的整形。

本发明的一个目的在于提出一种具有对角喇叭结构的高斯波束滤模器。

本发明的具有对角喇叭结构的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，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；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；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；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。