[发明专利]一种同轴TEM-扇形TE-同轴TEM模式变换器

说明书

本发明涉及高功率微波技术领域一种同轴TEM模式变换到扇形TE₁₀再变换到同轴TEM模式的模式变换器。本发明涉及高功率同轴波导模式变换器，将同轴输出波导中传播的TEM波通过模式变换器变换到扇形区域传输的TE₁₀模式，从而在同轴波导中产生无微波传输的区域。无微波传输区域具有两个目的：其一、同轴波导的内导体可以通过无微波传输区域与外导体固定装配在一起，实现同轴波导内外导体的可靠固定。其二、可以在无微波传输的部分区域开孔，为高功率微波放大器提供输入波导的通道。对TEM模式到TE₁₀模式变换器镜像得到一个TE₁₀模式到TEM模式的变换器。最终两个模式变换器合二为一实现TEM模式‑扇形TE₁₀‑TEM模式的变换。

技术领域

本发明涉及的是高功率微波技术领域，尤其是一种同轴TEM-扇形TE₁₀-同轴TEM模式变换器。

背景技术

高功率微波是指峰值功率大于100MW，频率范围1GHz-100GHz的电磁波。由于高功率微波技术在众多领域中有重要的应用前景吸引了国内外研究者的广泛关注，并得到了快速的发展。高功率微波源的发展尤为迅猛，在相对论速调管放大器(RKA)、相对论返波振荡器(RBWO)、相对论磁绝缘线振荡器(RMILO)、相对论磁控管等方面取得了瞩目的成果。其中同轴相对论速调管放大器基于同轴结构作为高频结构的，这类器件中最大的缺点就是内导体悬空，需要在输出同轴波导中引入两排支撑杆结构对内外导体进行固定。但是，这种支撑杆仅仅作为器件的固定结构存在。另外同轴结构具有角向对称特性，无法实现内部空间的利用。为了能够取代常规的支撑杆结构和发展具有从同轴器件外部到内部的有效通道，提出新的结构是非常必要的，对于丰富同轴相对RKA的输入腔的激励技术路线和提高相对论RKA性能巨大的帮助。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种TEM-扇形TE₁₀-TEM模式变换器的技术方案，本发明具有高的低损耗、宽带宽、高功率容量等特点，不仅可以替代高功率微波源中的常规同轴支撑杆结构，而且为特殊需求的高功率微波源提供输入波导的通道。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种同轴TEM-扇形TE₁₀-同轴TEM模式变换器，包括有依次连接的左侧同轴波导、左侧角向均匀分布短金属膜片、左侧角向均匀分布长金属膜片、左侧准光变换段、左侧扇形传输通道以及对称设置的右侧同轴波导、右侧角向均匀分布短金属膜片、右侧角向均匀分布长金属膜片、右侧准光变换段、右侧扇形传输通道；左侧同轴波导连接高功率微波源的高频结构；左侧角向均匀分布短金属膜片与左侧角向均匀分布长金属膜片共同作用实现将TEM模式分割为N个扇形TE₁₀模式；左侧准光变换段将大角度扇形TE₁₀模式过度到小角度扇形TE₁₀模式；左侧扇形传输通道连接左准光变换段和右侧扇形传输通道并传输小角度扇形TE₁₀模式；右侧扇形传输通道连接左侧扇形传输通道和右侧准光变换段并传输小角度扇形TE₁₀模式；右侧准光变换段将小角度扇形TE₁₀模式过渡到大角度扇形TE₁₀模式；所述右侧角向均匀分布短金属膜片和右侧角向均匀分布长金属膜片再次将大角度的TE₁₀模式分割成N个小的TE₁₀模式，并在膜片最右端直接耦合到同轴波导中的TEM模式；右侧同轴波导将变换得到的TEM模式传输到辐射系统。

作为本方案的优选：左侧同轴波导/右侧同轴波导内外半径分别为Rin和Rout，Rin和Rout满足关系式(Rout-Rin)λ/2,λ为自由空间的波长；左侧同轴波导/右侧同轴波导长度L1需要保证整个模式变换器对器件的影响最小，一般为半个波长的整数倍。