Ku波段回旋行波管波導(dǎo)模式變換的研究.pdf

1、高功率微波因其具有高功率高能量的特點(diǎn)在國防與工業(yè)方面有著廣闊的應(yīng)用需求。高功率微波發(fā)射系統(tǒng)的研究包括大功率電源、前級功放、微波源、傳輸鏈路以及天線等方面?；匦芷骷褪且环N新型的高功率微波源,憑借其高的峰值功率、高增益等特點(diǎn)在雷達(dá)、電子對抗及受控?zé)岷司圩兊确矫嬗兄鴱V泛的應(yīng)用。模式變換器是傳輸鏈路的主要組成部分,它可以將微波源的工作模式變換為便于長距離傳輸?shù)哪Ｊ交蛘咛炀€可接收的電磁波模式,提高了微波能量的傳輸效率,在微波工程應(yīng)用中作用巨大

2、?；诟吖β饰⒉◤V泛的應(yīng)用背景以及模式變換的重要性,本文對高功率微波源之一的回旋管器件的外接模式變換器作了深入的理論分析與仿真模擬研究。分析討論了以 TE11模式作為中介模的完整模式變換鏈路,分別設(shè)計(jì)了TE0n-TE01、TE01-TE11以及TE11-HE11的模式變換器。本論文的主要工作如下:
　　1.對高功率微波技術(shù)、回旋器件、模式變換器件的歷史發(fā)展、應(yīng)用價值及研究現(xiàn)狀作了系統(tǒng)地綜述。
　　2.利用駐波展開法從麥克斯韋

3、方程推導(dǎo)出了軸線彎曲及半徑漸變波導(dǎo)的耦合波方程,給出了上述兩種類型波導(dǎo)內(nèi)模式耦合系數(shù)的表達(dá)式。研究了軸線彎曲波導(dǎo)及半徑漸變波導(dǎo)內(nèi)各模式間的耦合問題,討論了不同情況下求解耦合波方程組的數(shù)值優(yōu)化方法。
　　3.在半徑漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的耦合波方程基礎(chǔ)上,編寫了數(shù)值計(jì)算程序分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)Ku波段回旋管TE03-TE02、TE02-TE01模式變換器。然后將優(yōu)化設(shè)計(jì)的變換器結(jié)構(gòu)在CST中進(jìn)行建模仿真,將仿真的結(jié)果與數(shù)值計(jì)算的結(jié)果作對比分析,驗(yàn)證

4、編制程序的可靠性以及檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的模式變換器的性能。
　　4.分析設(shè)計(jì)了Ku波段軸線彎曲微擾結(jié)構(gòu)的TE01-TE11模式變換器。運(yùn)用模式耦合理論并且考慮相位重匹配法編寫了此段變換的優(yōu)化計(jì)算程序。分別設(shè)計(jì)了兩種幾何周期結(jié)構(gòu)的變換器,給出了這兩種周期結(jié)構(gòu)變換器的優(yōu)化結(jié)果并將設(shè)計(jì)的變換器通過HFSS建模仿真。根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證數(shù)值優(yōu)化程序的可靠性。分析討論了不同周期結(jié)構(gòu)對變換效率及帶寬的影響。
　　5.研究設(shè)計(jì)了Ku波段光滑壁半徑漸變結(jié)

5、構(gòu)的TE11-HE11模式變換器。采用半徑光滑漸變的結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)圓周開槽結(jié)構(gòu)在高功率高頻段下容易產(chǎn)生打火的缺陷。選用拋物線與正弦結(jié)合的曲線作為變換器結(jié)構(gòu)輪廓,編制數(shù)值程序優(yōu)化分析該結(jié)構(gòu)變換器并給出了優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。將設(shè)計(jì)的變換器分別用HFSS與CST建模仿真,并將模擬仿真的結(jié)果同數(shù)值計(jì)算的結(jié)果作對比,驗(yàn)證數(shù)值程序的可靠性。設(shè)計(jì)了另一種采用正弦與拋物線結(jié)合曲線作為結(jié)構(gòu)輪廓的TE11-HE11變換器。對比討論了這兩種不同類型結(jié)構(gòu)對變換器性能