[发明专利]异形光栅加载的圆波导TM01

说明书

本发明公开了一种异形光栅加载的圆波导TMsubgt;01/subgt;‑TEsubgt;01/subgt;模式转换器，属于微波波导技术领域。该结构包括输入端口P1、透射光栅式转换结构、输出端口P2；透射光栅式转换结构包括圆波导、设置于圆波导内部绕圆周均匀排布的若干个结构相同的柱面形状异形金属光栅条；所有异形金属光栅条在圆波导的中轴线处相互连接，另一端与圆波导壁连接。本发明将透射光栅理论与波导模式传输理论相结合，具有传输效率高、结构紧凑、尺寸小、易加工等优点，解决了以往模式转换器尺寸大、结构复杂等问题，为此类器件的小型化设计提供了新的思路。

技术领域

本发明属于微波波导技术领域，具体涉及一种具有长度短、转化率高的异形光栅加载的圆波导TM₀₁到TE₀₁模式转换器。

背景技术

圆波导的TE₀₁模式的场分布具有圆对称的结构，不存在极化简并而且竞争模式相对较少，而且当频率提高时它的传输损耗可以非常小，因此适合毫米波的远距离传输和作为高Q腔的工作模式。当前高功率微波源和振荡器一般输出模式为圆波导TM₀₁模，为了满足长距离低插损波导馈线的系统应用需求，需要将其转化为圆波导TE₀₁模。

目前所用的方法普遍为分段结构，即先将TM₀₁模先转化为过渡模式，再将过渡模式转化为TE₀₁模。典型的过渡模式为TM₁₁模式，如图1(a)所示，先用同轴插板结构将圆波导TM₀₁模转化为TE₁₁模，再通过半径扰动模式转换结构将 TE₁₁转化为TM₁₁模式，最后通过90°弯曲波导实现TM₁₁模式到TE₀₁模式的转化。图1(b)为一种将TM₀₁转化为TE₁₁模式的结构，即添加金属分割片及半金属管壳模式变换器；再通过TE₁₁模式转化为TE₀₁模式，如图1(c)所示的轴线弯曲形模式变换器。

另一种过渡模式是矩形波导的TE₁₀模式，如图1(d)所示，先通过8个矩形 E面90°弯曲波导将输入端圆波导内的TM₀₁模提取出来转化为矩形波导内的 TE₁₀模，再通过90°的矩形扭波导与另一侧的矩形H面90°弯曲波导对接，最后接入输出圆波导转化为圆波导TE₀₁模式。在圆波导与矩形弯曲波导的连接处有金属锥作为匹配结构以补偿突变引起的反射。

无论是利用波导变形、弯曲或者是功分再合成的方案，其实现的思路均为引入圆波导TE₁₁模、矩形波导TE₁₀模等中间过渡模式，多级的转化和分段会导致模式变换器的尺寸庞大且结构复杂，使工艺实现的难度显著增加。同时，其输入输出端口往往处于非共轴状态，给实际使用带来了巨大的工程困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种异形光栅加载的圆波导TM₀₁-TE₀₁模式转换器，它将透射光栅理论与波导模式传输理论相结合，具有传输效率高、结构紧凑、尺寸小、易加工等优点，解决了以往模式转换器尺寸大、结构复杂等问题，为此类器件的小型化设计提供了新的思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种异形光栅加载的圆波导TM₀₁-TE₀₁模式转换器，包括输入端口P1、透射光栅式转换结构、输出端口P2；圆波导TM₀₁波束从输入端口P1馈入，经过透射光栅式转换结构实现圆波导TM₀₁模式径向极化方向到圆波导TE₀₁模式角向极化方向的转化，最后从输出端口P2输出。