TWI424611B - 相互隔離之雙模轉換器及其應用 - Google Patents

相互隔離之雙模轉換器及其應用 Download PDF

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Description

相互隔離之雙模轉換器及其應用
本發明係有關一種電磁波之模式轉換器，特別是關於一種相互隔離之雙模轉換器及其應用。
模式轉換器可將一種模式之電磁波轉換成另一種模式之電磁波。舉例來說，在微波加熱之應用中，例如電漿加熱或材料加熱處理，模式轉換器可將場型分佈不對稱之模式轉換成對稱之模式，以提供強度均勻之電磁波加熱。或者於雷達系統、衛星系統之旋轉接頭(rotary joint)之應用中，模式轉換器可將通訊電磁波由一般傳輸模式轉換成不受旋轉影響之模式或者反之，並且以幾近無損耗之方式傳遞訊號。
習知應用於微波加熱之模式轉換器一般係為單模模式轉換器，而單一模式之電場強度分佈，即便是圓形對稱，均勻度仍然較差。習知應用於旋轉接頭之模式轉換器包含單模模式轉換器，其可提供單通道(single channel)傳輸，以及雙模模式轉換器，其可提供雙通道(dual channel)傳輸。但習知模式轉換器一般包含有漸變結構，例如Marie transducer等以進行模式之轉換，結構較為複雜。
因此，提供一種電場強度分佈較為均勻且結構較為簡單之雙模轉換器為目前亟需努力之目標。
本發明提供一種相互隔離之雙模轉換器，其包含激發雙模之結構，且雙模之激發結構對彼此所造成之損耗很小。本發明所激發之雙模具有電場強度分佈互補之特性，共同輸出時，對於時間之平均來說，可提供更均勻之輸出能量。本發明所激發之雙模具有相互正交之特性，對彼此之傳遞互不干擾，隔離度高。
本發明一實施例之相互隔離之雙模轉換器包括：一第一波導元件，包含一圓形波導以及N個矩形波導，N個矩形波導之一第一端口分別連接圓形波導之一側面，使N個矩形波導呈均勻輻射狀分佈，且第一端口之一對稱軸與圓形波導之軸向平行，N個矩形波導之一第二端形成至少一第一輸出入端；以及一第二波導元件，包含一外導體以及一內導體，外導體之內壁與內導體之外壁界定一同軸波導，並設置一絕緣填充物，其中，第二波導元件連接第一波導元件，使同軸波導之一端與圓形波導之一端同軸相接，同軸波導之另一端作為一第二輸出入端，圓形波導之另一端作為一第三輸出入端；其中N為大於1之正整數。
本發明另一實施例之雙通道接頭包括：二上述相互隔離之雙模轉換器，其中，二相互隔離之雙模轉換器之第三輸出入端同軸相對設置。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明一實施例之相互隔離之雙模轉換器所激發之雙模電場正交以及磁場正交，雙模可為但不限於TE01 模與TM01 模。TE01 模或TM01 模於任一圓形波導內傳遞時，任一位置之電場E 可分為三個分量，分別為E r ，代表平行圓形波導半徑方向之電場分量；E θ ，代表環繞圓形波導軸心之電場分量；E z ，代表平行圓形波導軸心之電場分量。依據亥姆霍茲方程(Helmoholtz equation)所推論出TE01 模與TM01 模之電場場型，TE01 模僅有E θ 分量，而TM01 模則僅有E r 與E z 分量。由於E θ 、E r 與E z 之方向彼此正交，因此TE01 模與TM01 模之電場正交。相同之推論亦顯示TE01 模與TM01 模之磁場正交。TE01 模與TM01 模之電場正交與磁場正交之特性使TE01 模與TM01 模對彼此之傳遞互不干擾，隔離度高。
TE01 模與TM01 模之另一特性為雙模之電場強度於圓形波導之半徑上分佈互補，詳述如下。圖1為TE01 模與TM01 模各分量之電場強度，與其分佈位置與圓形波導軸心之距離之關係圖。其中，電場強度係為正規化之電場強度，也就是將特定電場分量於特定位置之電場強度以該分量最大之電場強度正規化，亦即，其中E 為E r 、E θ 或E z ；電場強度分佈位置與圓形波導軸心之距離則係將特定電場分量分佈之特定位置與圓形波導軸心之距離r ，以圓形波導之半徑r w 正規化。如圖1所示，TM01 模之E z 電場分量強度之分佈係於圓形波導之軸心處為峰值，而逐漸向外遞減；TM01 模之E r 電場分量強度之分佈係於接近圓形波導之周圍處為峰值，而逐漸向內遞減；TE01 模之E θ 電場分量強度之峰值則係位於TM01 模之之兩峰值之間，並逐漸向圓形波導軸心與周圍處遞減。因此，TE01 模與TM01 模之電場強度於圓形波導之半徑上分佈互補，且此特性使於同一輸出入端輸出雙模時，對於時間的平均來說，輸出能量更均勻。
圖2為本發明之相互隔離之雙模轉換器一實施例之元件透視結構示意圖。圖3為本發明之相互隔離之雙模轉換器一實施例之波導結構示意圖。如圖2所示，本發明之相互隔離之雙模轉換器一實施例包含一第一波導元件10以及一第二波導元件20，其中之空心部分(以虛線表示)即為相互隔離之雙模轉換器之波導部分100。如圖3所示，相互隔離之雙模轉換器之波導部分100包含一圓形波導130、N個矩形波導111與一同軸波導120，其中，N個矩行波導111之一端(下稱第一端)與圓形波導130之周圍連接，另一端(下稱第二端)則形成至少一第一輸出入端P1；同軸波導120之一端為一第二輸出入端P2，另一端與圓形波導130同軸相接；圓形波導130之另一端則為一第三輸出入端P3。需說明的是，雖然於圖3所示之實施例中，相互隔離之雙模轉換器係組合第一波導元件10包含圓形波導130以及N個矩行波導111，以及第二波導元件20包含同軸波導120，以其它方式組合以形成相互隔離之雙模轉換器之波導部分100亦為可能。
請參閱圖3，於一實施例中，第一輸出入端P1係用以接收或輸出一第一模式電磁波，第一模式電磁波具有矩形電場場型，例如但不限於TE10 模。第二輸出入端P2係用以接收或輸出一第二模式之電磁波，第二模式電磁波於同軸波導120具有軸向表面電流，例如但不限於TEM模。第三輸出入端P3係用以接收或輸出一第三模式及/或一第四模式之電磁波，第三模式電磁波於圓形波導130具有環狀表面電流，例如但不限於TE01 模。第四模式電磁波於圓形波導130具有軸向表面電流，例如但不限於TM01 模。為說明方便，以下將以TE10 模、TEM模、TE01 模與TM01 模分別代表第一模式、第二模式、第三模式與第四模式。
圖3所示之相互隔離之雙模轉換器之實施例包含可用以激發TE01 模之轉換器與可用以激發TM01 模之轉換器。圖4a為圖3之部分波導結構剖面示意圖，剖面線垂直於圓形波導之軸心。圖4a所示為可用以激發TE01 模之轉換器之波導部分，其包括圓形波導130以及連接圓形波導130周圍之N個矩形波導111，且N個矩形波導111係成均勻輻射狀分佈於圓形波導130之周圍，其中N為大於1之正整數。如圖4a所示，於圓形波導130周圍之矩形波導111，分別提供電場方向與圓形波導130之軸向正交之模式，例如但不限於TE10 模，因此均勻分佈於圓形波導130之周圍之矩形波導111所提供之模式之電場方向呈順時鐘或逆時鐘偏轉，並且每個矩形波導提供之電磁波能量相同且相位相等，即可於圓形波導130內激發具有圓形電場場型之TE01 模。
請參閱圖4a，為了提供能量相同且相位相等之TE10 模電磁波，一較佳實施例使矩形波導111之數目N=2n ，其中n為正整數，並且任二相鄰之矩形波導111整合成另一矩形波導113，而任二相鄰之矩形波導113再繼續整合，如此以Y形結構兩兩整合，終至整合於一主流矩形波導115之一端，而主流矩形波導115之另一端則作為第一輸出入端P1。並且於一實施例中，矩形波導111整合之方式係將二矩形波導111排列於矩形波導113端口之短邊，而矩行波導113整合之方式係將二矩形波導113排列於矩形波導115端口之短邊。
圖4b為圖3之部分波導結構剖面示意圖。圖4b所示為可用以激發TM01 模之轉換器之波導部分，且為說明方便，並顯示波導元件(即導體)部分。如圖4b所示，可用以激發TM01 模之轉換器之波導部分包括同軸波導120以及與同軸波導120同軸相接之圓形波導130。第二波導元件20包括一外導體121以及一內導體122，而同軸波導120則係由外導體121之內壁以及內導體122之外壁界定，且為支撐內導體122，並於外導體121與內導體122之間設置一絕緣填充物123。於一實施例中，絕緣填充物123之材料包括鐵弗龍(Teflon)。另外，於一實施例中，同軸波導120包含一第一緩邊結構124，使同軸波導120之內徑與外徑往第二輸出入端P2逐漸減小，而於第二輸出入端P2連接同軸電纜之接頭(coaxial adapter)(未圖示)，以與標準同軸電纜相接。需說明的是，圖4b主要係用以說明可用以激發TM01 模之轉換器，因此如圖3所示第一波導元件10中之矩形波導111部分省略未示。
請參閱圖4b，於一實施例中，激發TM01 模之方式係將TEM模電磁波輸入第二輸出入端P2。由於TEM模於同軸波導120之表面電流方向為軸向，而TM01 模於圓形波導130之表面電流亦為軸向，因此可用TEM模激發TM01 模式。並且，於一實施例中，為使相互隔離之雙模轉換器可應用於高頻微波，例如W-band、Ka-band，需製作尺寸極小之相互隔離之雙模轉換器，因此，必須增加內導體122之硬度，而使用對於TEM模損耗較無氧銅大之黃銅，作為其材料。
請參閱圖3，於上述實施例中，相互隔離之雙模轉換器於圓形波導130內共同激發TE01 模與TM01 模，以下將討論TE01 模轉換器之矩形波導111對TM01 模之影響。圖4c為圖3之部分波導結構示意圖。圖4c中之圓形波導130係以簡化之圓柱體示意，而圓形波導130上之箭號顯示TM01 模之表面電流。如圖4c所示，於一實施例中，矩形波導111之一第一端口1110連接圓形波導130之側面，第一端口1110之一對稱軸1110a與圓形波導130之軸向平行，因此TM01 模之表面電流不會被第一端口1110截斷。於一實施例中，第一端口1110為長條狀，而對稱軸1110a為第一端口1110之長軸。需說明的是，本實施例中矩形波導111之第一端口1110並不限於矩形，其可為任一四方對稱之形狀。於不同實施例中，相互隔離之雙模轉換器可更包含複數片狀導體(未圖示)，分別覆蓋N個矩形波導111之第一端口1110，且任一片狀導體上設有至少一個長條狀四方對稱之耦合孔，其長軸與圓形波導130之軸向平行。
請參閱圖3以及圖4b，於一實施例中，為了使共同激發之TE01 模式與TM01 模式之操作頻帶相符，圓形波導130之半徑大於同軸波導120之半徑。並且，於一實施例中，為了降低反射，相互隔離之雙模轉換器之波導部分100更包含一第二緩邊結構125，設置於同軸波導120與圓形波導130之間。其中，第二緩邊結構125為中空，且第二緩邊結構125與圓形波導130連接之一端之半徑大於第二緩邊結構125與同軸波導120連接之一端之半徑。需注意的是，第二緩邊結構125與同軸波導120連接之一端之半徑可為但不限於與同軸波導120之半徑相同。另外，於一實施例中，N個矩形波導111係連接於第二緩邊結構125上，可消除於第二緩邊結構125與矩形波導111之第一端口1110(示於圖4c)之間形成的共振效應，而使激發TE01 模更加良好。
圖5為本發明相互隔離之雙模轉換器一實施例之模擬穿透值(Transmission)與隔離值(Isolation)對於操作頻率(freq)之關係圖。穿透值係定義為一輸出入端之輸出功率除以對應輸出入端之輸入功率；隔離值則定義為一輸出入端之輸出功率除以非對應輸出入端之輸入功率。於一應用中，相互隔離之雙模轉換器於第一輸出入端P1輸入TE10 模、第二輸出入端P2輸入TEM模，而於第三輸出入端P3共同輸出TE01 模與TM01 模。於圖5中，分別顯示P1-P3之穿透值，P2-P3之穿透值，以及P1-P2之隔離值，其中，穿透值對應左邊縱軸之刻度，隔離值對應右邊縱軸之刻度。如圖5所示，於操作頻段大約為28.5GHz~37GHz內，P1-P3之穿透值以及P2-P3之穿透值均維持大於-0.2dB，P1-P2之隔離值則維持小於-50dB。因穿透值之模擬結果顯示輸出功率很接近輸入功率，因此TE10 模轉換為TE01 模(P1-P3)以及TEM模轉換為TM01 模(P2-P3)之損耗很低；而隔離值之模擬結果顯示輸出功率極小於輸入功率，因此TE01 模轉換器之矩形波導部分對TM01 模(P2-P1)影響很小。也就是說，模擬結果顯示本實施例之相互隔離之雙模轉換器可將輸入能量在低損耗之情況下，轉換成TE01 模與TM01 模共同於第三輸出入端P3輸出，使輸出能量對於時間的平均來說更為均勻，可應用於微波加熱，例如電漿加熱、材料加熱處理等。
於其它應用中，本發明相互隔離之雙模轉換器亦可進行TE01 模轉換為TE10 模(P3-P1)以及TM01 模轉換為TEM模(P3-P2)。若將二相互隔離之雙模轉換器對接，則可形成雙通道接頭，應用於雷達系統或衛星系統，詳述如下。
圖6為本發明一實施例之雙通道接頭之波導結構示意圖。如圖6所示，本發明一實施例之雙通道接頭包括兩個如上所述之相互隔離之雙模轉換器A、B，並將二相互隔離之雙模轉換器A、B之第三輸出入端(未圖示)同軸相對設置。於本實施例中，雙通道接頭其中之一通道係由相互隔離之雙模轉換器A之第一輸出入端PA1輸入TE10 模，轉換為TE01 模後進入相互隔離之雙模轉換器B，再轉換回TE10 模，而由相互隔離之雙模轉換器B之第一輸出入端PB1輸出。此處之傳輸方向亦可相反。雙通道接頭之另一通道係由相互隔離之雙模轉換器A之第二輸出入端PA2輸入TEM模，轉換為TM01 模後進入相互隔離之雙模轉換器B，再轉換回TEM模式電磁波，由相互隔離之雙模轉換器B之第二輸出入端PB2輸出。此處之傳輸方向亦可相反。
一般來說，雷達系統或衛星系統之旋轉接頭可進行360°接收和發送信號。因此，將上述之雙通道接頭之二相互隔離之雙模轉換器A、B之間加上旋轉關節結構，則可使二相互隔離之雙模轉換器A、B互相旋轉，其中之一相互隔離之雙模轉換器A可連接雷達系統之旋轉端，而另一相互隔離之雙模轉換器B可連接雷達系統之固定端。圖7為本發明一實施例之雙通道接頭之旋轉關節結構之剖面示意圖。如圖7所示，本實施例之旋轉關節結構包括一內轉頭140A，其設置於其中之一相互隔離之雙模轉換器A之第一波導元件10A上，以及一凹槽140B，其設置於另一相互隔離之雙模轉換器B之第一波導元件10B上。於不同實施例中，亦可將內轉頭140A與凹槽140B作成獨立元件，以組裝方式分別連接第一波導元件10A、10B。
如圖7所示，於本實施例中，內轉頭140A係為旋轉關節結構之凸部，且相互隔離之雙模轉換器A之第一波導元件10A之圓形波導130A通過內轉頭140A；凹槽140B則為旋轉關節結構之凹部，與內轉頭140A呈凹凸對應，以容納內轉頭140A，且相互隔離之雙模轉換器B之第一波導元件10B之圓形波導130B通過凹槽140B。於本實施例中，二相互隔離之雙模轉換器A、B之圓形波導130A、130B同軸相對。
如圖7所示，於一實施例中，內轉頭140A之表面係呈凸階梯狀，凹槽140B之表面與內轉頭140A之表面對應而呈凹階梯狀。為說明方便，將與圓形波導130A、130B軸向垂直以及平行之表面分別稱為第一表面以及第二表面。內轉頭140A之凸階梯狀表面包括：形成階梯底部之第一表面150a、形成一第一階層151之第一表面151a與第二表面151b，以及形成一第二階層152之第一表面152a與第二表面152b，其中形成第一階層151之第二表面151b與形成階梯底部之第一表面150a連接。凹槽140B之凹階梯狀表面包括：與形成階梯底部之第一表面150a對應而形成凹槽頂部之第一表面160a、分別與第一階層151之第一表面151a以及第二表面151b對應之第一表面161a以及第二表面161b，以及分別與第二階層152之第一表面152a以及第二表面152b對應之第一表面162a以及第二表面162b。於本實施例中，相對之表面間設有間隙。並且，於一實施例中，內轉頭140A之各階層151、152係為同軸相接之圓柱體，且內轉頭140A之第一階層151之第二表面151b與對應凹槽140B之第二表面161b間設有軸承(bearing) 141。
於一實施例中，旋轉關節結構為扼流圈式(choke type)，詳述如下。請參閱圖7，如上所述，內轉頭140A與凹槽140B相對之表面間設有間隙，以下將由內轉頭140A之第一表面151a、152a以及相對凹槽140B之第一表面161a、162a形成之間隙稱為第一間隙171a、172a，而由內轉頭140A之第二表面152b以及相對凹槽140B之第二表面162b形成之間隙稱為第二間隙172b。其中，第二間隙172b沿著與圓形波導130A、130B軸向平行之方向向兩旁延伸，而與相鄰之第一間隙171a、172a連接。於本實施例中，利用相鄰間隙之間產生的多重反射於第一間隙172a之內側端口造成破壞性干涉，而使第一間隙171a、172a與第二間隙171b形成一微波扼流圈(microwave choke)，減少對TM01 模之損耗。
請同時參閱圖6與圖7，另外，第一間隙172a包含二界面，分別由內轉頭140A之第二階層152之第一表面152a之內緣與外緣，往與圓形波導130A、130B之軸向平行之方向延伸至凹槽140B對應之第一表面162a。由第一表面152a之內緣延伸之界面連接圓形波導130A與圓形波導130B間之間隙，由第一表面152a之外緣延伸之界面則連接第二間隙172b。由於第一間隙172a與圓形波導130A、130B之軸向垂直，其對於具有環狀表面電流之TE01 模影響很小，但對於具有軸向表面電流之TM01 模影響較大。圖8為二界面之不同距離a下，TM01 模之損耗(Loss)與操作頻率(freq)之關係圖。二界面之距離a，係定義為內轉頭140A之第二階層152之第一表面152a之外徑與內徑之差。如圖8所示，當TM01 模之操作頻率剛好於二界面之距離a間達成共振時，TM01 模之損耗最高(即峰值之處)。因此，於一實施例中，為進一步減少對TM01 模之損耗，優化二界面之距離a，使TM01 模無法於二界面間達成共振。需注意的是，如圖8所示，不同之操作頻率將於不同之二界面之距離a達成共振，因此針對不同操作頻率，二界面之距離a應不相同。
圖9a與圖9b為穿透值(Transmission)與操作頻率(freq)之關係圖，分別用以顯示本發明一實施例之雙通道接頭於W-band與Ka-band操作頻率時，雙通道之穿透值。如圖9a、圖9b所示，並請同時參閱圖6，實線對應之通道係由相互隔離之雙模轉換器A之第一輸出入端PA1輸入，由相互隔離之雙模轉換器B之第一輸出入端PB1輸出(PA1-PB1)，或相反；虛線對應之通道係由相互隔離之雙模轉換器A之第二輸出入端PA2輸入，由相互隔離之雙模轉換器B之第二輸出入端PB1輸出(PA2-PB2)，或相反。如圖9a所示，於W-band操作頻率時，二通道之穿透值分別大多高於-0.5dB；如圖%所示，於Ka-band操作頻率時，二通道之穿透值分別大多高於-0.4dB。因此，模擬結果顯示本實施例之雙通道接頭可提供低損耗之雙通道分別用以傳遞二通訊電磁波。並且，如上所述，由於TE01 與TM01 雙模之正交特性，雙通道之隔離度高。
綜合上述，本發明提供一種相互隔離之雙模轉換器，其包含激發相互正交之雙模之結構，此相互正交之雙模可為但不限於TE01 模與TM01 模。由於此雙模具有隔離度高，且電場強度分佈互補之特性，並且本發明之相互隔離之雙模轉換器之TE01 模轉換器對於TM01 模之影響很小，因此，於一應用中將雙模於同一輸出入端輸出，對於時間之平均來說，可提供更加均勻之微波加熱，可應用於電漿加熱或材料加熱處理；或於另一應用中將二本發明之相互隔離之雙模轉換器對接，則可形成隔離度較高且較低損耗之雙通道接頭，可應用於雷達系統或衛星系統之旋轉接頭。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
10．．．第一波導元件
20．．．第二波導元件
111、113、115．．．矩形波導
1110．．．矩形波導之第一端口
1110a．．．矩形波導之第一端口之一對稱軸
120．．．同軸波導
121．．．外導體
122．．．內導體
123．．．絕緣填充物
124．．．第一緩邊結構
125．．．第二緩邊結構
130．．．圓形波導
P1．．．第一輸出入端
P2．．．第二輸出入端
P3．．．第三輸出入端
P1-P3；P2-P3．．．穿透值
P1-P2．．．隔離值
A、B．．．相互隔離之雙模轉換器
PA1、PB1．．．第一輸出入端
PA2、PB2．．．第二輸出入端
10A、10B．．．第一波導元件
140A．．．內轉頭
140B．．．凹槽
141．．．軸承
151、152．．．內轉頭之階層
150a、151a、152a．．．內轉頭之第一平面
151b、152b．．．內轉頭之第二平面
160a、161a、162a．．．凹槽之第一平面
161b、162b．．．凹槽之第二平面
171a、172a．．．第一間隙
172b．．．第二間隙
a．．．間隙之二界面間之距離
圖1為TE01 模與TM01 模各分量之電場強度與其分佈位置與圓形波導軸心之距離之關係圖。
圖2為本發明之相互隔離之雙模轉換器一實施例之元件透視結構示意圖。
圖3為本發明之相互隔離之雙模轉換器一實施例之波導結構示意圖。
圖4a、4b與4c分別為圖3之部分波導結構示意圖。
圖5為本發明相互隔離之雙模轉換器一實施例之模擬穿透值與隔離值對於操作頻率之關係圖。
圖6為本發明一實施例之雙通道接頭之波導結構示意圖。
圖7為本發明一實施例之雙通道接頭之旋轉關節結構之剖面示意圖。
圖8為間隙之界面間於不同距離下，TM01 模之損耗與操作頻率之關係圖。
圖9a與圖9b為穿透值與操作頻率之關係圖，分別用以顯示本發明一實施例之雙通道接頭於W-band與Ka-band操作頻率時，雙通道之穿透值。
111．．．矩形波導
120．．．同軸波導
130．．．圓形波導
P1．．．第一輸出入端
P2．．．第二輸出入端
P3．．．第三輸出入端

Claims (23)

  1. 一種相互隔離之雙模轉換器，其包含：一第一波導元件，包含一圓形波導以及N個矩形波導，該些矩形波導之一第一端口分別連接該圓形波導之一側面，使該些矩形波導呈均勻輻射狀分佈，且該第一端口之一對稱軸與該圓形波導之軸向平行，該些矩形波導之一第二端形成至少一第一輸出入端，其中N為大於1之正整數；以及一第二波導元件，包含一外導體以及一內導體，該外導體之內壁與該內導體之外壁界定一同軸波導，並設置一絕緣填充物，其中，該第二波導元件連接該第一波導元件，使該同軸波導之一端與該圓形波導之一端同軸相接，該同軸波導之另一端作為一第二輸出入端，該圓形波導之另一端作為一第三輸出入端。
  2. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該些矩形波導之該第二端整合於一主流矩形波導之一端，該主流矩形波導之另一端作為該第一輸出入端。
  3. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中，該些矩形波導之數目N=2n ，且任二相鄰該些矩形波導整合成另一該矩形波導，形成至少一Y形結構，其中n為正整數。
  4. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該第一輸出入端係用以接收或輸出一第一模式電磁波，該第一模式電磁波具有矩形電場場型，該第二輸出入端係用以接收或輸出一第二模式之電磁波，該第二模式電磁波於該外導體具有軸向表面電流，該第三輸出入端係用以接收或輸出一第三模式及/或一第四模式之電磁波，該第三模式電磁波具有環狀表面電流，以及該第四模式電磁波具有軸向表面電流。
  5. 如請求項4所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該第一模式電磁波為TE10 模、該第二模式電磁波為TEM模、該第三模式電磁波為TE01 模及該第四模式電磁波為TM01 模。
  6. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該些矩形波導之該第一端口為四方對稱之形狀。
  7. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，更包含複數片狀導體分別覆蓋該些矩形波導之該第一端口，且每一該片狀導體上設有至少一個長條狀四方對稱之耦合孔，其長軸與該圓形波導之軸向平行。
  8. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該同軸波導包含一第一緩邊結構，使該同軸波導之內徑與外徑往該第二輸出入端逐漸減小。
  9. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，更包含一第二緩邊結構設置於該同軸波導與該圓形波導之間，其中，該第二緩邊結構為中空，且該第二緩邊結構與該圓形波導連接之一端之半徑大於該第二緩邊結構與該同軸波導連接之一端之半徑。
  10. 如請求項1所述之相互隔離之雙模轉換器，其中該絕緣填充物之材料包含鐵弗龍(Teflon)。
  11. 一種雙通道接頭，包含：二相互隔離之雙模轉換器，其中該相互隔離之雙模轉換器包含：一第一波導元件，包含一圓形波導以及N個矩形波導，該些矩形波導之一第一端口分別連接該圓形波導之一側面，使該些矩形波導呈均勻輻射狀分佈，且該第一端口之一對稱軸與該圓形波導之軸向平行，該些矩形波導之一第二端形成至少一第一輸出入端，其中N為大於1之正整數；以及一第二波導元件，包含一外導體以及一內導體，該外導體之內壁與該內導體之外壁界定一同軸波導，並設置一絕緣填充物，其中，該外導體連接該第一波導元件，使該同軸波導之一端與該圓形波導之一端同軸相接，該同軸波導之另一端作為一第二輸出入端，該圓形波導之另一端作為一第三輸出入端；其中，該二相互隔離之雙模轉換器之該第三輸出入端同軸相對設置。
  12. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中該些矩形波導之該第二端整合於一主流矩形波導之一端，該主流矩形波導之另一端作為該第一輸出入端。
  13. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中，該些矩形波導之數目N=2n ，且任二相鄰該些矩形波導整合成另一該矩形波導，形成至少一Y形結構，其中n為正整數。
  14. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中該第一輸出入端係用以接收或輸出一第一模式電磁波，該第一模式電磁波具有矩形電場場型，該第二輸出入端係用以接收或輸出一第二模式之電磁波，該第二模式電磁波於該外導體具有軸向表面電流，該第三輸出入端係用以接收或輸出一第三模式及/或一第四模式之電磁波，該第三模式電磁波具有環狀表面電流，以及該第四模式電磁波具有軸向表面電流。
  15. 如請求項14所述之雙通道接頭，其中該第一模式電磁波為TE10 模、該第二模式電磁波為TEM模、該第三模式電磁波為TE01 模及該第四模式電磁波為TM01 模。
  16. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中該些矩形波導之該第一端口為四方對稱之形狀。
  17. 如請求項11所述之雙通道接頭，更包含複數片狀導體分別覆蓋該些矩形波導之該第一端口，且每一該片狀導體上設有至少一個長條狀四方對稱之耦合孔，其長軸平行該圓形波導之軸向。
  18. 如請求項11之雙通道接頭，更包含一旋轉關節結構設置於該二相互隔離之雙模轉換器之間，使該二相互隔離之雙模轉換器之該第三輸出入端間隔一第一間隙同軸相對，以相對旋轉。
  19. 如請求項18之雙通道接頭，其中該第一間隙係由該旋轉關節結構之相對平面形成，該第一間隙包含二界面，位於該第一間隙之兩端，該二界面間之距離使該第三模式電磁波無法達成共振。
  20. 如請求項18之雙通道接頭，其中該旋轉關節結構為扼流圈式(choke type)。
  21. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中其中該同軸波導包含一第一緩邊結構，使該同軸波導之內徑與外徑往該第二輸出入端逐漸減小。
  22. 如請求項11所述之雙通道接頭，更包含一第二緩邊結構設置於該同軸波導與該圓形波導之間，其中，該第二緩邊結構為中空，且該第二緩邊結構與該圓形波導連接之一端之半徑大於該第二緩邊結構與該同軸波導連接之一端之半徑。
  23. 如請求項11所述之雙通道接頭，其中該絕緣填充物之材料包含鐵弗龍(Teflon)。
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