[发明专利]一种宽频带大功率毫米波TE0,1模过模波导弯头

说明书

技术领域

本发明属于大功率微波传输器件的技术领域，具体涉及一种适用于TE_0,1模大功率毫米波波导弯头。

背景技术

回旋行波管具有高功率、宽频带、高增益等特点，是毫米波频段上唯一能实现大功率输出的功率源。TE₀₁模具有低传输损耗特性，且易于采用降压收集极提高效率，是回旋行波管常用的工作模式。在大功率毫米波系统中，为了有效引导波束传播、实现系统的紧凑化布局，不可避免地要使用到传输器件来改变波束的传播方向。在光滑圆波导中，TE₀₁模与TM₁₁模互为简并模式，因而使得TE₀₁模转弯时容易转换成TM₁₁模。此外，为了满足回旋行波管的功率输出要求避免发生击穿和降低传输器件损耗，器件需要采用过模结构(即器件的尺寸远大于工作波长)。过模器件内波导模式丰富，TE₀₁模转弯时还会激励起其他寄生模式(如TE₂₁模式)。因此，抑制寄生模式的产生，保持传输模式的纯度是研制大功率过模波导弯头的关键。

虽然通过改变转弯时的曲率半径，光滑圆波导可以控制TE₀₁模向TM₁₁模的转换，在输出端口得到高纯度的TE₀₁模。但是，这种通过控制TE₀₁模和TM₁₁模相位来抑制模式的方式只能在较窄工作频带内实现，因而使得基于光滑圆波导结构的TE₀₁模弯头频带有限。目前，能在较宽频带范围内实现大功率微波有效转弯的方式有：基于椭圆波导弯头和斜角弯头。在椭圆波导中，TE₀₁模和TM₁₁模不再为简并模式。因此，通过优化椭圆弯头曲率半径和选择合适的波导口径大小，可以在很宽的频带内实现TE₀₁模的高效传输。基于这一原理，文章【New TE01Waveguide Bends,A.A.Vikharev,G.G.Denisov,S.V.Kuzikov et al.J Infrared Milli Terahz Waves(2009)30:556–565】研制出了一种宽频带的TE₀₁模椭圆波导。但是，为了抑制其他寄生模式的产生，选用的椭圆波导需为弱过模波导，波导尺寸为5.25mm*7mm。如此小的波导口径使得器件的功率容量有限，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。斜角弯头通过镜面反射的方式来实现波束的转向。基于这一设计思路，文章【An Improved Method for Design the High-Power Miter Bend，Z.Wu,H.Li,X.Hu et al,2012IEEE International Vacuum Electronics Conference,Monterey,CA,2012,435-436】提出了一种紧凑大功率TE₀₁模斜角弯头。通过利用模式变换段，将工作模式转换为比例适当的混合模式，使得波束到达镜面处束腰最少，有效地降低了波束在镜面处的衍射。斜角弯头具有传输效率高、模式纯度高等特点。但是，由于模式转换段不能在宽频带内产生稳定的混合模式，使得波束的传输特性随频率变化大。因此，斜角弯头难以在宽频带内实现TE₀₁模的高效率传输。

发明内容

为了在宽频带内实现大功率毫米波TE₀₁模的高效传输，满足回旋行波管的输出要求，提高大功率毫米波系统的紧凑化程度，本发明提出了一种基于类圆波导结构的宽频带大功率毫米波TE_0,1过模波导弯头。本发明的波导弯头结构具有传输效率高、输出模式纯度高、结构简单，易于加工等特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于类圆波导结构的宽频带大功率毫米波TE_0,1过模波导弯头，包括圆-类圆波导过渡段、90°弯曲类圆波导、类圆-圆波导过渡段，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。

所述圆-类圆波导过渡段和类圆-圆波导过渡段为半径沿轴向从圆渐变为类圆的过渡结构，可以通过线性或非线性的方式来实现，其中作为输入端口与输出端口的尺寸口径一致，且由前级输入结构决定。