宽带圆波导TM01模式激励器研究

摘要

在高功率微波器件应用中，不同器件、不同接口之间的连接问题非常普遍，当所需波形的模式和已有波形的模式不同时，通常采用模式变换器进行过渡连接。而模式激励器作为模式变换器的一种，要求输出模式纯度更高，作为特定模式激励源使用。论文提出并研究了一种X波段紧凑型全波导带宽TM0 1模式激励器，输入为标准矩形波导BJ100，工作带宽覆盖8.2GHz-12.5GHz，回波损耗约等于20dB，模式输出纯度（Pout（TM01）/Pout）高于99.5%。 该模式激励器将用于X波段高功率微波传输器件参数测试。 为满足课题指标参数需求，该模式激励器设计基本思路为链路变换式，变换模式序列为矩形波导TE10-同轴TEM-圆波导TM01-输出圆波导，同时为满足输出不同圆波导口径参数需求，还设计了口径过渡器。 具体工作如下三个方面： 1. 详细分析介绍了多节阻抗匹配理论以及二项式和切比雪夫四分之一波长多节阻抗变换器的分析和计算方法，用于矩形波导阶梯过渡设计，以缩短变换长度。 2. 为提高模式变换器整体结构稳定性，综合分析矩形-同轴变换结构的激励方式，在保证带宽和变换效率前提下，选择过模同轴线结构，大幅度加粗同轴线内导体直径；同时优化结构，抑制高次模式的产生。 3. 对比分析同轴TEM和圆波导TM01场分布特性，采用内导体探针激励方式完成同轴TEM到圆波导 TM01模式高效变换；为实现更大输出口径连接，使用阶梯型圆波导输出结构，不仅较大程度的缩短了器件长度，使变换器更加紧凑，而且还更有效抑制杂模输出，提高了大口径TM0 1模输出纯度。 4. 制定加工方案，对模式激励器进行实物加工，并且利用实验室近场测试平台完成模式激励器的输出模式场分布进行测试；使用矢量网络分析仪对变换器的插损和反射特性进行测试。结果表明，变换器在8.2GHz-12.5GHz全工作频带内的回波损耗约等于20dB，插损低于0.4dB。

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