[发明专利]一种仅存TM模式的强场模式滤波器

说明书

本发明公开了一种仅存TM模式的强场模式滤波器，包括杂模吸收组件和散热组件组成的中空结构，杂模吸收组件包括两端的连接法兰和设置在连接法兰之间的电阻率各向异性部件，散热组件包括壳体和壳体外侧的散热件，所述壳体内侧沿着轴向设置有电阻率各向异性部件，TM模式下沿着沿角向为损耗特性，电阻率远大于轴向的电阻率，轴向为良导体；本发明采用电阻率各向异性材料实现对所有的非TM模式的滤除，具备高功率容量、所有非TM模式杂模滤除的特点，基于该装置，可开展虚阴极振荡器（VCO）、相对论返波管（RBWO）、相对论磁控管等电真空器件或者强场雷达系统旋转关节中模式场控制，为促进微波毫米波相关技术的发展和应用奠定一定技术基础。

技术领域

本发明涉及微波毫米波技术领域，具体是指一种工作在强场强下的模式滤波器，可将输入的非TM模式微波信号衰减、滤除，仅存TM模式低损耗传输的器件。

背景技术

随着微波源技术的发展，微波系统向更高频率、更强场强发展，传输导波系统也从同轴波导、矩形波导转变为功率容量更高的过模圆波导。

圆波导中传输的高次波型TM01模，其电场与圆周处垂直且旋转对称，相位稳定，因此成为强场毫米波源，诸如虚阴极振荡器（VCO）、相对论返波管（RBWO）、相对论磁控管的工作模式；其场的对称性也使其成为强场雷达等系统中的强场旋转关节的工作模式。

但TM01模式为高阶过模，一旦结构扰动，极易产生圆波导基模TE11和TE21等杂模，这些杂模与待传输的强场模式在局部相互叠加增大，成为影响系统稳定性和可靠性的隐患，甚至造成设备严重损坏，因此需开展仅存TM模式的强场模式杂模滤波研究。

目前，国内对此类仅存TM模式的强场模式杂模滤除（或者控制）的研究重点主要集中在电真空管源内部，在金属波导内通过介质局部加载吸收杂模场这些方法来保证较高的TM模输出纯度。此外工作在TM01模式的强场旋转关节，其主要杂模由输入、输出耦合段产生，其模式滤除手段主要是通过在输入输出波导两端添加短路圆筒反射TE11模式并减小波导直径使TE21模式截止。

综上所述，对杂模抑制方式有三种：a）基于单模传输的杂模截止方式；b）杂模场反射方式；c）介质加载吸收方式。第一种方式通常通过减小波导半径，可以滤除截止频率高于TM01模式工作频率的所有杂模模式，如前述旋转关节中的TE21模式滤除方式，其缺点是波导半径变小，进而会导致波导的功率容量降低，增大系统打火故障概率；第二种方式中，杂模场在系统中反射而不输出，如前述旋转关节中的TE11模式滤除方式，其缺点是来回反射的微波易损坏其它微波器件；同时以上两个方法只能针对某几个特定杂模有效，而不能对所有的杂模均有效；相比而言，利用介质加载对杂模进行高效吸收消耗，能够保证系统的功率容量、稳定性以及可靠性，具有较大的应用优势，如前述电真空管源，但常规的介质加载吸收耗散方式，吸收消耗杂模的同时还无选择的吸收消耗所需的工作TM模式，这是不符合对工作模式低插损的电性能指标要求；同时当系统工作在强场TM模式时，介质耗散的TM模式和杂模的功率极大，易导致加载介质温度过高，进而导致微波系统故障。

国家发明专利（CN201711155968.1）公开了一种仅存TE0n模式的强场模式滤波器，通过对电阻率各向异性部件采用轴向的片状叠加设置，使得TE0n模式在波导壁上只有沿角向的波导壁电流，可以基本无损耗的存在壁电流，即可基本无损耗的存在TE0n模式微波信号。

因此人们希望有一种模式滤波器，对所有非TM模式的杂模均有效滤除，同时具备较高的功率容量，促进微波毫米波系统相关技术的发展和应用。

发明内容

本发明的目的是为了完成强场毫米波系统模式提纯，提供了一种仅存TM模式的模式滤波器。该装置可实现对所有的非TM模式的损耗滤除，同时具备较高的功率容量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：