基于回旋管外接的模式变换器链路设计

摘要

在现代的毫米波通信、相控阵雷达和广播卫星无线系统通信中，为了高效率的传输、发送和测量高功率微波，高效率的模式变换器起到了首要和关键的作用，因此模式变换器的设计受到了人们广泛的关注。本文将对两种模式变换器的设计进行研究。
　　本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　1.对于本文的理论部分进行了介绍，通过耦合传输线方程组来导出耦合波方程组，采用正交函数的展开理论形成了耦合波理论。对于弯曲圆波导模式变换器进行了简化理论分析，推导出了模式变换器的输出功率表达式、两种模式之间的耦合系数和耦合临界角。接着对于单级突变结构波导和两级突变结构波导进行了分析，由公式推导了它们散射矩阵的具体值。
　　2.根据弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法，第三章利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量，并依此为基础设计了一个工作在24.13GHz的TE01-HE11圆波导模式转换器，该系统主要由三部分组成：一个TE01-TE01的过渡器，TE01-TE11和TE11-HE11的圆波导模式转换器。然后使用CST软件对模型进行了仿真和验证，并且对实物进行了加工。通过实物冷测的结果表明，该模式转换系统频率有5％的带宽、转换效率超过了99%。计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的。
　　3.轴线弯曲过模圆波导模式转换器是一种非常复杂的器件，针对回旋行波管(输出功率在100-200kW的TE0n模)高功率过模输出的特点。第四章以TM11模为中介模式，设计了一种TE01-HE11高功率模式轴线弯曲过模圆波导转换器。首先介绍了轴线弯曲 TE01模的直角波导，然后分别说明和设计了轴线正弦弯曲结构TE01-TM11模式转换器和波导圆周开槽TM11-HE11模式转换器。经过加工测量，模式转换器的转换效率在33GHz到37GHz的频段范围之内都大于99%，性能良好，达到了预期的目标。最后还对功率容量进行了分析。
　　最后，对本论文的工作进行了总结和归纳，提出了几点改进的方法，并且对今后的工作进行了展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 高功率微波模式变换器的应用背景和价值

1.2 高功率微波模式变换器的研究现状

1.3 过渡器

1.4 学位论文研究意义与简述

第二章 高功率微波波导模式换器的理论基础

2.1 轴线弯曲圆波导模式变换

2.2 弯曲圆波导模式变换器的简化理论分析

2.3 单级突变结构波导散射矩阵的推导

2.4耦合波方程数值求解算法

2.5 本章小结

第三章 以TE11为过渡模的TE01-HE11模式变化器的设计

3.1引言

3.2 仿真和设计TE01模式过渡器

3.3 TE01-TE11转换器的仿真和设计

3.4 TE11-HE11转换器的仿真和设计

3.5 测量结果

3.6 本章小结

第四章以TM11为过渡模的TE01-HE11模式变化器的设计

4.1 引言

4.2 TE01模式的 90°弯曲结构的设计

4.3 轴线正弦弯曲的TE01-TM11模式变换器

4.4 波导圆周开槽TM11-HE11模式转换器

4.5 功率容量分析

4.6 冷测方案

4.7方向图和S参数测试

4.8 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果