[发明专利]斜入式多路合成回旋行波管TE02

说明书

本发明公开了一种斜入式多路合成回旋行波管TE₀₂模输入耦合器，明属于微波、毫米波器件技术领域。该输入耦合器包括功率分配部分、斜入式多路合成部分和截止圆波导。采用斜入式多路合成的结构在主圆波导中耦合出高纯度的TE₀₂模，通过改变主圆波导侧壁上矩形波导的分支数目、位置分布和侧壁的矩形波导分支与圆波导之间的夹角来破坏主圆波导中TE₀₂模的主要竞争模式(TE₀₁，TE₄₁)的场分布，改善阻抗匹配，从而达到有效抑制杂模，降低反射系数，提高转换效率，增加带宽的有益效果。

技术领域

本发明属于微波、毫米波器件技术领域，具体涉及一种斜入式多路合成回旋行波管TE₀₂模输入耦合器。

背景技术

回旋行波管是一种大功率、宽频带的微波毫米波放大器，具有高功率、宽频带的特点，在毫米波成像雷达，毫米波通信系统以及电子战等领域有着广泛的应用前景。输入耦合器是回旋行波管的核心部件之一，其主要作用是将标准矩形波导的TE₁₀模通过特定的模式转换在圆波导中耦合出回旋行波管的工作模式TE_mn模。它是完成输入信号的模式变换并对回旋电子注进行能量或速度调制的核心高频器件。因此，为保证回旋行波管的良好工作性能，要求输入耦合器具有能有效抑制杂模、反射系数低、转换效率高、带宽宽等特点。

回旋行波管输入耦合器是三端口器件，两个输出端口均为圆波导且分别与电子枪和注-波互作用区相连接，因此通常采用圆波导侧壁激励的结构去激励出回旋行波管需要的工作模式。常见的回旋行波管输入耦合器的结构包括三类：第一类,直接馈入式输入耦合器，该类型输入耦合器结构简单，但不能保证输出较高纯度的工作模式，转换效率低。第二类，同轴式输入耦合器，该类型输入耦合器优点在于转换效率和模式纯度较高，但由于谐振腔结构导致带宽有限、对参数的敏感度高等问题。第三类，基于Y型功分器的侧壁输入耦合器，该类型输入耦合器通过将矩形波导输入的TE₁₀模从圆波导侧壁垂直馈入到输出圆波导中，从而激起其需要的回旋行波管工作模式，其特点为：带宽宽，转换效率高，可以通过合理增加分支来扩展带宽，抑制杂模，但对于激励圆波导的高阶模而言，存在大量的竞争模式，难以实现高模式纯度宽带输入。

在回旋行波管输入耦合器的研究工作中，TE₀₁模、TE₁₃模、TE₁₁模输入耦合器的设计较为普遍，在传统结构的基础上国内外研究者提出了诸多改进方案，如：在圆波导的一端增加布拉格反射器；在圆波导外使用特殊材料吸收杂模，在矩形波导处增加反射匹配段等。但随着应用领域的拓展和对高功率的迫切需求，利用圆波导TE₀₂模2次谐波工作的回旋行波管也逐步展开研究，然而TE₀₂模输入耦合器的相关设计工作国内外都很少有报道。TE₀₂模输入耦合器的设计难点在于TE₀₂模是高阶模，存在多个竞争模态，导致杂模抑制困难、转换效率低、可用频带宽度有限，采用传统的设计方法进行设计，难以得到高纯度宽带TE₀₂模。

发明内容

为了解决回旋行波管TE₀₂模输入耦合器杂模抑制困难，转换效率低，相对带宽窄的问题。本发明提出一种斜入式多路合成回旋行波管TE₀₂模输入耦合器。该输入耦合器采用斜入式多路合成的结构在圆波导中耦合出高纯度的TE₀₂模。通过改变主圆波导侧壁上矩形波导的分支数目、位置分布和侧壁的矩形波导分支与圆波导之间的夹角来破坏主圆波导中TE₀₂模的主要竞争模式(TE₀₁，TE₄₁)的场分布，改善阻抗匹配，从而达到有效抑制杂模，降低反射系数，提高转换效率，增加带宽的良好设计效果。

本发明采用的技术方案如下：