CN115458890B - 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器 - Google Patents

一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器 Download PDF

Info

Publication number
CN115458890B
CN115458890B CN202211055112.8A CN202211055112A CN115458890B CN 115458890 B CN115458890 B CN 115458890B CN 202211055112 A CN202211055112 A CN 202211055112A CN 115458890 B CN115458890 B CN 115458890B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
circular waveguide
ridge
mode
oblique
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211055112.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115458890A (zh
Inventor
徐勇
田辰彦
王高磊
王威
赵伟晴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202211055112.8A priority Critical patent/CN115458890B/zh
Publication of CN115458890A publication Critical patent/CN115458890A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115458890B publication Critical patent/CN115458890B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，属于微波、毫米波电真空器件技术领域。该输入耦合器包括功率分配部分、脊加载斜入式多路合成部分和加载有损陶瓷环的截止圆波导部分。采用斜入式多路合成的结构在主圆波导中耦合出纯度较高的TE03模，通过在主圆波导侧壁上设置波导脊，调整矩形波导位置分布和斜入式矩形波导与圆波导之间的夹角来抑制主圆波导中TE03模的主要竞争模式，从而实现抑制杂模，降低反射系数，提高转换效率和扩展输入带宽的效果。同时，有损陶瓷环加载可有效地抑制反向波传输，并且其内半径较传统输入耦合器的截止波导大，降低了发生电子截获的概率，提高电子束的流通率。

Description

一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器
技术领域
本发明属于微波、毫米波电真空器件技术领域，具体涉及一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器。
背景技术
回旋行波管是一种基于相对论电子回旋脉塞机理的电真空器件，在毫米波段具有高功率、宽频带的特点，因而在毫米波雷达、毫米波通讯、电子战等方面具有广泛的应用前景，因此在国际上也成为了众多科研单位的研究热点之一，国内回旋行波管的研究实力也逐渐地加强。
输入耦合器是回旋行波管输入***的关键构成部件，其主要作用是将输入微波信号耦合到圆波导中，激励出回旋行波管的工作模式TEmn模。因此，输入耦合器在设计过程中需要满足转换效率高、模式纯度高、工作带宽宽、功率容量大、加工简单、结构紧凑等特点才能保证回旋行波管的良好工作性能。输入耦合器是一个三端口器件，分别是与标准矩形波导连接矩形输入端口，与电子枪相连的圆波导输出端口(该方向波导为截止波导，微波不能传输)，以及与注-波互作用区相连接的圆波导输出端口。回旋行波管输入耦合器的种类很多。其中，圆波导侧壁激励结构输入耦合器是回旋行波管中较为常用的一种结构，其特点为：带宽宽，转换效率高，可通过合理增加分支来增加带宽、抑制杂模。然而对于激励圆波导的高阶模而言，存在大量的竞争模式，难以实现高纯度宽带输入。
在传统的回旋行波管的研究工作中，常常以低阶模(如TE01模、TE11模、TE21模等)作为工作模式，然而随着应用领域的拓展和对高功率的迫切需求，对利用高阶模作为工作模式的回旋行波管的研究也逐步展开。本发明提出利用圆波导TE03模工作的回旋行波管输入耦合器，其难点在于TE03模是高阶模，竞争模式较多且难以抑制、转换效率低、可用的频带宽度有限，采用已有的设计方法，难以得到纯度较高的TE03模。
发明内容
本发明提出了一种用于回旋行波管的脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，用以解决回旋行波管传统输入耦合器以高阶模作为工作模式时，抑制竞争模式困难，转换效率低，相对带宽窄的问题。该耦合器在圆波导上角向均匀加脊，并采用斜入式多路合成的结构在圆波导中耦合出高纯度的TE03模。通过改变主圆波导侧壁上脊的尺寸、位置分布、深度，斜入式矩形波导的位置分布，以及斜入式矩形波导与圆波导之间的夹角来抑制主圆波导中TE03模的主要竞争模式(TE01，TE02)的场分布，改善阻抗匹配，从而实现抑制杂模，降低反射系数，提高转换效率，增加带宽的效果。此外，采用有损陶瓷环加载取代传统截止波导，对反向传输波进行抑制，此结构可使截止波的内半径较传统结构的截止波导半径大，因而可降低电子截获发生的概率。
本发明采取以下技术方案实现：
一种用于回旋行波管的脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，应用于210-220GHz频段，工作模式为TE03模；该结构包括功率分配部分、脊加载斜入式多路合成部分和截止圆波导。
其中，所述功率分配部分，将输入端标准矩形波导TE10模微波信号等分为沿径向均匀分布的八路等幅微波信号。
所述脊加载斜入式多路合成部分，包括主圆波导、八路斜入式矩形波导、八个波导脊。
所述主圆波导半径与回旋行波管注-波互作用高频***半径相同。
所述八路斜入式矩形波导角向均匀分布于主圆波导外侧，斜入式矩形波导与主圆波导之间的夹角为θ5，且θ5≠90°。
所述波导脊角向均匀分布于主圆波导内壁，且与相邻耦合孔间距相同。
所述功率分配部分输出的八路等幅微波信号分别输入一路斜入式矩形波导，然后分别通过一个耦合孔注入主圆波导，最终在主圆波导中合成TE03模。
所述截止圆波导为加载有陶瓷环的圆波导，截止圆波导的上端与主圆波导的下端口相连。
进一步地，所述陶瓷环的内半径与主圆波导半径相同。
进一步地，所述功率分配部分，包括标准矩形波导A、T型功分器A、两个过渡波导A、两个T型功分器B、四个过渡波导B、四个Y型功分器、八个过渡波导C。TE10模微波信号输入标准矩形波导A，经T型功分器A被二等分为两路等幅的二分之一微波信号；每路二分之一微波信号经过一段过渡波导A输入T型功分器B，被等分为两路等幅的四分之一微波信号；每路四分之一微波信号经过一段过渡波导B输入Y型功分器，被等分为两路等幅的八分之一微波信号；八路八分之一微波信号分别经过一段过渡波导C，最终实现八路等幅微波信号径向均匀输出。
进一步地，所述波导脊的长度取值范围为4.4mm-4.5mm，宽度取值范围为0.4mm-0.5mm，深度取值范围为0.4mm-0.5mm；所述波导脊下端距主圆波导下端距离取值范围为0.05mm-0.15mm。
本发明提出的脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器。主要特点是：
(1)在主圆波导侧壁上角向均匀加脊，通过改变脊的尺寸、位置分布、深度可有效实现对边廊模(竞争模式)的抑制。
(2)八路斜入射矩形波导和主圆波导构成斜入射多路合成部分。八个尺寸完全相同的矩形波导角向均匀分布于主圆波导的外侧。
(3)加载有损陶瓷环取代截止波导段，可以使半径增大的同时有效的抑制波的反向传输。
与传统的结构相比，本发明的创新之处有两点：一、通过采用脊加载多路斜入式矩形波导在圆波导中合成高阶TE03模作为工作模式，其优势在于通过调整脊的相关参数、斜入式矩型波导的位置分布及其与主圆波导之间的夹角角度，可以实现微波信号在耦合孔处的相位匹配和杂模抑制。二、截止圆波导部分被加载有损陶瓷环的结构替代，可有效地抑制反向波，并且其内半径较传统结构增大，降低了发生电子截获的概率。
附图说明
图1脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器整体示意图。
图2脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器局部结构示意图。
图3脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器的TE03模及主要杂模TE01、TE02、TE81传输系数。
图4脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器的反射系数。
附图标号说明：1.标准矩形波导，2.匹配凹槽A，3.T型功分器A，4.过渡波导A，5.匹配凹槽B，6.T型功分器B，7.过渡波导B，8.Y型功分器，9.过渡波导C，10.斜入式矩形波导，11.波导脊，12.主圆波导，13.陶瓷环。
具体实施方式
下面结合一个设计实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：
本发明中脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器技术指标要求：工作模式：TE03模；工作频率：210-220GHz。
图1为脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器整体示意图；图2为脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器局部结构示意图。该结构包括功率分配部分、脊加载斜入式多路合成部分和截止圆波导。
所述功率分配部分，包括标准矩形波导A、T型功分器A、两个过渡波导A、两个T型功分器B、四个过渡波导B、四个Y型功分器、八个过渡波导C。TE10模微波信号输入标准矩形波导A，经T型功分器A被二等分为两路等幅的二分之一微波信号；每路二分之一微波信号经过一段过渡波导A输入T型功分器B，被等分为两路等幅的四分之一微波信号；每路四分之一微波信号经过一段过渡波导B输入Y型功分器，被等分为两路等幅的八分之一微波信号；八路八分之一微波信号分别经过一段过渡波导C，最终实现输入端标准矩形波导TE10模微波信号等分为沿径向均匀分布的八路等幅微波信号。其中T型功分器A中设置有匹配凹槽A，T型功分器B中设置有匹配凹槽B。
所述脊加载斜入式多路合成部分，包括主圆波导、八路斜入式矩形波导、八个波导脊。
所述主圆波导半径与回旋行波管注-波互作用高频***半径相同。
所述八路斜入式矩形波导角向均匀分布于主圆波导外侧，斜入式矩形波导与主圆波导之间的夹角为θ5。
所述波导脊角向均匀分布于主圆波导内壁，且与相邻耦合孔间距相同。
所述功率分配部分输出的八路等幅微波信号分别输入一路斜入式矩形波导，然后分别通过一个耦合孔注入主圆波导，最终在主圆波导中合成TE03模。
所述截止圆波导为加载有陶瓷环的圆波导，截止圆波导的上端与主圆波导的下端口相连。
各结构的具体参数如下：
(1)标准矩型波导A为标准矩型波导(BJ1800)：宽边尺寸：1.296mm，窄边尺寸：0.648mm。
(2)匹配凹槽A：宽边尺寸：1.296mm，窄边尺寸：0.648mm，深度1.265mm。
(3)T型功分器A：两臂尺寸：宽边尺寸：1.296mm，窄边尺寸：0.648mm。
(4)过渡波导A：实现90°转弯，宽边尺寸1.296mm，窄边尺寸：0.648mm。
(5)匹配凹槽B：宽边尺寸：1.296mm，窄边尺寸：0.648mm，深度1.265mm。
(6)T型功分器B：尺寸与T型功分器相同。
(7)过渡波导B：实现135°转弯，宽边尺寸：1.296mm，窄边尺寸：0.648mm。
(8)过渡波导C：输入端口尺寸与过渡波导B相同；输出端口与Y型功分器相连，为边长1.000mm的正方形。
(9)Y型功分器：输入端口尺寸与过渡波导C输出端口相同；两臂尺寸：宽边尺寸：1.000mm，窄边尺寸：0.608mm。
(10)过渡波导D：实现八路微波信号沿主圆波导径向向内传输，宽边尺寸：1.000mm，窄边尺寸：0.608mm。
(11)斜入式矩形波导：宽边尺寸：1.000mm，窄边尺寸：0.608mm。
(12)波导脊：宽边尺寸：4.557mm，窄边尺寸：0.470mm，深度：0.425mm，下边缘距主圆波导下端距离：0.110mm。
(13)主圆波导：半径：2.350mm，高度：6.000mm。
(14)有损陶瓷环材料为：BeO-TiO2衰减陶瓷；内半径：2.350mm，外半径：2.500mm，高度：3.000mm。
此外，θ1＝90°，θ2＝135°，θ3＝60°，θ4＝43.6°，θ5＝136.4°。
如附图2所示，斜入式矩型波导与主圆波导间的夹角θ5，其大小根据微波传播理论确定，计算出合适的倾斜角度即可对TE01模和TE02模起到一定的抑制作用。具体的，定义靠近截止圆波导的耦合孔的一个顶点为1点，与1点相邻且远离截止圆波导的耦合孔顶点为2点，位于斜入式矩形波导窄边的点为3点，且三个点构成一个直角三角形。根据微波传播理论，为了提高TE10模和TE03模之间的耦合强度，进而提高模式转换效率，需要保证TE03模从1点传播导2点时，相位的变换与TE10模从3点传播到2点时的相位变换保持一致，实现相位匹配。计算公式为：
其中，β10是TE10模的相位常数，β03是TE03模的相位常数，L12是点1与点2之间的距离，L23是点2与点3之间的距离，θ5是斜入式矩型波导与主圆波导间的夹角。
图3为本发明脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器的TE03模及主要杂模TE01、TE02传输系数。由图可知，TE03模的传输系数S21大于-2.5dB的相对带宽为2.7％。输入端的TE10模到其它模(TE01、TE02)的传输参数比较低，在210GHz到220GHz的频率范围内，均在-10dB以下，可竞争模式得到了较好的抑制，从而实现了TE10-TE03的高效模式转换，输出了具有较高纯度的圆波导TE03模。
图4为本发明脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器的反射系数。由图可知该回旋行波管输入耦合器的反射系数，在210GHz到220GHz的频率范围内均小于-5dB。

Claims (3)

1.一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，应用于210-220GHz频段，工作模式为TE03模；所述耦合器包括功率分配部分、脊加载斜入式多路合成部分和截止圆波导；
其中，所述功率分配部分，包括标准矩形波导A、T型功分器A、两个过渡波导A、两个T型功分器B、四个过渡波导B、四个Y型功分器、八个过渡波导C；TE10模微波信号输入标准矩形波导A，经T型功分器A被等分为两路等幅的二分之一微波信号；每路二分之一微波信号经过一段过渡波导A输入T型功分器B，被等分为两路等幅的四分之一微波信号；每路四分之一微波信号经过一段过渡波导B输入Y型功分器，被等分为两路等幅的八分之一微波信号；八路八分之一微波信号分别经过一段过渡波导C，最终实现八路等幅微波信号径向均匀输出；
所述脊加载斜入式多路合成部分，包括主圆波导、八路斜入式矩形波导、八个波导脊；
所述主圆波导半径与回旋行波管注-波互作用高频***半径相同；
所述八路斜入式矩形波导角向均匀分布于主圆波导外侧，斜入式矩形波导与主圆波导之间的夹角为θ5，且θ5≠90°；
所述波导脊角向均匀分布于主圆波导内壁，且与相邻耦合孔间距相同；
所述功率分配部分输出的八路等幅微波信号分别输入一路斜入式矩形波导，然后分别通过一个耦合孔注入主圆波导，最终在主圆波导中合成TE03模；
所述截止圆波导为加载有陶瓷环的圆波导，截止圆波导的上端与主圆波导的下端口相连。
2.如权利要求1所述的一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，其特征在于，所述陶瓷环的内半径与主圆波导半径相同。
3.如权利要求1或2所述的一种脊加载斜入式多路合成TE03模输入耦合器，其特征在于，所述波导脊的长度取值范围为4.4mm-4.5mm，宽度取值范围为0.4mm-0.5mm，深度取值范围为0.4mm-0.5mm；所述波导脊下端距主圆波导下端距离取值范围为0.05mm-0.15mm。
CN202211055112.8A 2022-08-31 2022-08-31 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器 Active CN115458890B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211055112.8A CN115458890B (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211055112.8A CN115458890B (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115458890A CN115458890A (zh) 2022-12-09
CN115458890B true CN115458890B (zh) 2023-08-08

Family

ID=84301104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211055112.8A Active CN115458890B (zh) 2022-08-31 2022-08-31 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115458890B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117878561B (zh) * 2024-03-12 2024-05-28 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种高功率微波功率分配器及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107425237A (zh) * 2017-07-05 2017-12-01 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te21模的模式激励器及设计方法
CN107732400A (zh) * 2017-08-31 2018-02-23 电子科技大学 一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器
CN111969288A (zh) * 2020-07-09 2020-11-20 电子科技大学 斜入式多路合成回旋行波管te02模输入耦合器
CN114039184A (zh) * 2021-10-26 2022-02-11 武汉星伴通信设备有限责任公司 一种多路径向功率合成放大器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI365571B (en) * 2008-11-20 2012-06-01 Nat Univ Tsing Hua A mode transducer and a waveguide rotating joint with the mode transducer
US9140854B2 (en) * 2011-09-22 2015-09-22 Alcatel Lucent Spatial division multiplexing optical mode converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107425237A (zh) * 2017-07-05 2017-12-01 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te21模的模式激励器及设计方法
CN107732400A (zh) * 2017-08-31 2018-02-23 电子科技大学 一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器
CN111969288A (zh) * 2020-07-09 2020-11-20 电子科技大学 斜入式多路合成回旋行波管te02模输入耦合器
CN114039184A (zh) * 2021-10-26 2022-02-11 武汉星伴通信设备有限责任公司 一种多路径向功率合成放大器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛娅.《回旋行波管输入***研究》.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑 (月刊)》.2022,全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115458890A (zh) 2022-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107732400B (zh) 一种毫米波宽带脊探针径向波导功率分配/合成器
CN111969288A (zh) 斜入式多路合成回旋行波管te02模输入耦合器
CN105390787A (zh) 一种新型复合函数渐变毫米波波导功率分配合成器
CN108550511B (zh) 一种双频双模回旋行波管输入耦合器
CN115458890B (zh) 一种脊加载斜入式多路合成te03模输入耦合器
CN111063975B (zh) 基于脊间隙波导的Ka波段GYSEL功分器
CN107275741B (zh) 一种新型的毫米波波导径向功率合成电路
CN113067114B (zh) 一种毫米波宽带功率合成/分配器及其实现方法
CN114374066B (zh) 一种超宽带高功率星用环行器
CN106532215B (zh) 一种高隔离度多路径向功率分配/合成器
CN114335957A (zh) 功率合成/分配器
CN107275738B (zh) 基于磁耦合原理的波导-微带功率合成器
CN111755790A (zh) 一种基于同轴波导te01模的任意多路功率分配/合成器
CN202363569U (zh) 一种宽带波导行波功率合成放大器
CN110011003B (zh) 一种圆波导tm01-极化可调te11模式转换器
CN114256580A (zh) 一种基于新型t波导的功率分配/合成器
CN107240738B (zh) 一种矩形波导te10-圆波导te01模式转换器
CN108550510B (zh) 一种具有高电子束流通率的回旋行波管输入耦合器
Kazemi et al. Design of a wide band eight-way compact SIW power combiner fed by a low loss GCPW-to-SIW transition
CN116598743A (zh) 具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器
CN114709584B (zh) 一种基于圆极化te11模的超宽带径向功率分配器
CN114783849A (zh) 一种基于同轴谐振腔结构的双共焦波导回旋行波管输入耦合器
CN113161216B (zh) 一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器
CN106128914B (zh) 一种新型回旋行波管输入耦合器
CN105322260B (zh) 一种用于电磁波模变换器的器件、方法以及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant