[发明专利]一种基于TM01模的圆波导漏波缝隙天线

说明书

本发明涉及一种基于TM01模的圆波导漏波缝隙天线，包括波导模式转换器和圆波导漏波缝隙天线，波导模式转换器包括模式为TE10模的输入矩形波导、耦合结构以及模式为TM01模的输出圆波导；输出圆波导垂直安装在输入矩形波导的宽边上，并通过输入矩形波导宽边的圆孔与输入矩形波导连通；耦合结构将所述输入矩形波导的TE10模能量耦合至输出圆波导的TM01模，在TM01模的圆波导上实现漏波天线。本发明采用模式转换器将矩形波导的TE10模转换为圆波导的TM01模，利用圆波导TM01模式的圆周方向均匀性，在其壁上开缝隙后，输入匹配好，实现了圆周方向均匀辐射；矩形波导内的柱状耦合结构将矩形波导TE10模转换为圆波导的TM01模，结构简单，调试量小。

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别地涉及一种基于TM01模的圆波导漏波缝隙天线。

背景技术

在微波加热应用中，一种典型的情况是被加热物质盛放于圆柱形容器(微波能应用器)中，圆周方向均匀分布，微波能通过位于微波能应用器轴线上的漏波天线辐射到四周的被加热物质中。作为工业加热应用设备，所需微波功率大多为几十千瓦至百千瓦的量级，因此漏波天线的主传输线一般采用波导形式，是一种波导漏波天线。由于微波能应用器是圆周对称的，希望波导漏波天线的辐射特性在圆周方向也是对称的，保证圆周方向上场分布均匀，从而产生均匀的加热效果。一种合理的方案是选用圆波导，并令其工作于圆周对称模式。

圆波导的主模为TE11模，如图1(a)所示，其磁场强度沿圆周方向有一个周期的变化，因此波导壁上的电流沿着圆周方向是不均匀的；在TE11模的圆波导壁上开缝隙时，其辐射特性自然也会沿圆周方向变化；圆波导的第二个工作模式为TM01，其场分布如图1(b)所示，横截面内电场为同心圆分布，磁场沿圆周方向均匀，是理想的工作模式。微波能量传输系统一般采用TE10模的矩形波导，因此要求漏波天线的输入端口为矩形波导，需要将矩形波导的TE10模转换为漏波天线所需的TM01模。

传统的波导漏波天线多用于雷达和通信系统，要求具有特定的、非全向的远场方向图，一般采用工作于TE10模的矩形波导做为漏波天线的主传输线，现有成熟的设计综合方法也只针对该类型的应用，尚未有公开的设计和相关设备能满足上述微波加热应用的需求。

发明内容

本发明的目的是实现圆周方向均匀辐射的波导漏波天线，而提出的一种基于TM01模的圆波导漏波缝隙天线，解决了圆周方向辐射的不均匀性的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于TM01模的圆波导漏波缝隙天线，包括波导模式转换器和圆波导漏波缝隙天线，所述波导模式转换器包括模式为TE10模的输入矩形波导、耦合结构以及模式为TM01模的输出圆波导；所述输出圆波导垂直安装在输入矩形波导的宽边上，并通过输入矩形波导宽边的圆孔与输入矩形波导连通；所述耦合结构将所述输入矩形波导的TE10模能量耦合至输出圆波导的TM01模，在TM01模的圆波导上实现漏波天线。

优选的，所述耦合结构位于输入矩形波导与输出圆波导连通的区域，其包括底座、耦合柱以及模式抑制环；所述耦合结构的轴线与所述输出圆波导轴线重合；所述底座固定于位于输入矩形波导底部宽边上，所述耦合柱一端与所述底座连接，另一端探入所述输出圆波导内一定深度。

优选的，所述模式抑制环为具有一高度的金属圆环，通过绝缘介质安装在所述耦合柱端头，且位于所述输出圆波导内；所述输入矩形波导的一端口为所述天线的总输入口，另一端口短路，短路面离开所述耦合结构中心线一定距离；所述输出圆波导的另一端与所述圆波导漏波缝隙天线连接。

优选的，所述圆波导漏波缝隙天线包括主传输波导、漏波缝隙以及调谐结构；主传输波导为工作于TM01模式的圆波导；该漏波缝隙位于主传输波导壁上，将波导内、外空间连通，所述漏波缝隙呈狭长状，其长轴方向与圆波导轴线之间具有一夹角，二者不平行；所述调谐结构位于主传输波导上。

优选的，所述漏波缝隙包括多条沿圆周方向等间距分布、同时沿圆波导轴线方向也可以周期分布的缝隙。