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X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究

徐刚 谢平 廖勇

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X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究

徐刚, 谢平, 廖勇

Investigation of an X-band over-moded bent circular waveguide TM01-HE11 mode converter

Xu Gang, Xie Ping, Liao Yong
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  • 在波束波导和反射面天线的馈源应用中, 为了产生低副瓣且方向图等化的高斯波束, 需要将高功率微波转换为准高斯模HE11模辐射. 本文利用弯曲圆波导可同时从TM01模产生TE11模和TM11模的原理, 提出了采用双弯曲过模圆波导结构直接将TM01转换为HE11的模式变换器, 避免了常规微波领域中首先将TM01转换为TE11再用波纹式或半径渐变式TE11-HE11转换器转换为准高斯波束功率容量不足或尺寸过长的不足. 基于模式耦合理论和Taguchi优化算法对模式变换器的弯曲半径、相移直端长度及引入位置进行了优化, 使输出的TE11和TM11成一定比率, 以组成HE11模式, 并对设计的模式变换器进行了全电磁波仿真分析, 结果表明输出波束的标量高斯含量在9.05–9.8 GHz范围内均高于99%, 理论功率容量可达4.5 GW.
    In the application of low loss beam waveguides and high performance reflector antennas, high power microwave should be converted to quasi-Gaussian HE11 mode, to decrease side lobe level and increase feed coefficient. Based on the fact that TM01 mode converts to TE11 and TM11 mode at the same time in bent overmode circular waveguide, a TM01 to HE11 mode converter was proposed in this paper, which can convert TM01 mode to HE11 mode directly using a bent circular waveguide, the converter has higher power compacity than corrugated TE11-HE11 mode converter and more compact than TE11-TM01 mode converter added with smooth wall TE11-HE11 mode converter. The geometric parameters of the convertor were analyzed and optimized by using coupled mode theory and Taguchi method, to output the target modes content, 80% TE11 and 20% TM11 modes, which are primarily composed of HE11 mode. The optimized converter was analyzed using full electro-magnetic simulation method, the scalar Gauss ratio of the output beam is higher than 99% from 9.05 GHz to 9.8 GHz, the power capacity is as high as 4.5 GW.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划、中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号: 2012B0402067)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Development Programe of China and the Science and Technology Development Foundation of CAEP (Grant No. 2012B0402067).
    [1]

    Thumm M, Jacobs A, Sorolla A M 1991 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 39 301

    [2]

    Wu Y, Jin X, Ma Q S, Li Z H, Ju B Q, Su C, Xu Z, Tang C X 2011 Acta Phy. Sin. 60 084101(in Chinese) [吴洋, 金晓, 马乔生, 李正红, 鞠炳全, 苏昶, 许州, 唐传祥 2011 物理学报 60 084101]

    [3]

    Ma Q S, Jin X, Xu M, Li Z H, Wu Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 105201 (in Chinese) [马乔生, 金晓, 绪明, 李正红, 吴洋 2011 物理学报 60 105201]

    [4]

    Liu Z B, Jin X, Xu M, Huang H, Chen H B 2012 Acta Phys. Sin. 61 128401 (in Chinese) [刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧 2012 物理学报 61 128401]

    [5]

    Fang J Y, Huang H J, Zhang Z Q, Huang W H, Jiang W H 2011 Acta Phys. Sin. 60 048404 (in Chinese) [方进勇, 黄惠军, 张治强, 黄文华, 江伟华 2011 物理学报 60 048404]

    [6]

    Zhang Q, Yuan C W, Liu L 2008 20 1173 (in Chinese) [张强, 袁成卫, 刘列 2008 强激光与粒子束 20 1173]

    [7]

    Lan F, Yang Z Q, Shi Z J 2012 Acta Phys. Sin. 61 155201 (in Chinese) [兰峰, 杨梓强, 史宗君 2012 物理学报 61 155201]

    [8]

    Wang X J, Liu F K, Zhao L M, Jia H, Liu H B, Kuang G L 2009 Chin. Phys. Lett. 26 025202

    [9]

    Zhang Q, Yuan C W, Liu L 2011 Chin. Phys. Lett. 28 068401

    [10]

    Yang S W, Qing A Y 2005 IEEE Trans on Plasma Science 33 1372

    [11]

    Niu X J, Gu L, Yu X H 2011 Acta Electrnica Sinica 39 1947 (in Chinese) [牛新建, 顾玲, 于新华 2011 电子学报 39 1947]

    [12]

    Thumm M, Jacobs A, Ayza S 1999 IEEE Trans on Microwave Theory and Techniques 39 301

    [13]

    Zhang Y W 2004 Master Dissertation (Changsha: National University of Desfense Technology) (in Chinese) [张玉文 2004 硕士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [14]

    Wang D, Chen D B, Qin F, Fan Z K 2009 Chin. Phys. B 18 04281

    [15]

    Xu A, Wang W X, Wei Y Y, Gong Y B 2009 Chin. Phys. B 18 00810

    [16]

    Xu G, Yu C, Li Z H, Liao Y, Xie P 2013 High Power Laser and Particle Beams 25 394 (in Chinese) [徐刚, 余川, 李正红, 廖勇, 谢平 2013 强激光与粒子束 25 394]

    [17]

    Yu X H 2010 Ph. D. Dissertation (Chendu: University of Electronic Science and Technology of China) (in Chinese) [于新华 2010 博士学位论文 (成都: 电子科技大学)]

    [18]

    Weng W C, Yang F, Demir V 2006 IEEE Ant and Prop Society International Symposium 2006 p2063

    [19]

    Xu G, Liao Y, Xie P, Meng F B, Tang C X 2011 IEEE Transactions on Plasma Science 39 652

    [20]

    Shapiro M A, Temkin R J 2011 Journal of Infrared Milli Terahz Waves 32 283

  • [1]

    Thumm M, Jacobs A, Sorolla A M 1991 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 39 301

    [2]

    Wu Y, Jin X, Ma Q S, Li Z H, Ju B Q, Su C, Xu Z, Tang C X 2011 Acta Phy. Sin. 60 084101(in Chinese) [吴洋, 金晓, 马乔生, 李正红, 鞠炳全, 苏昶, 许州, 唐传祥 2011 物理学报 60 084101]

    [3]

    Ma Q S, Jin X, Xu M, Li Z H, Wu Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 105201 (in Chinese) [马乔生, 金晓, 绪明, 李正红, 吴洋 2011 物理学报 60 105201]

    [4]

    Liu Z B, Jin X, Xu M, Huang H, Chen H B 2012 Acta Phys. Sin. 61 128401 (in Chinese) [刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧 2012 物理学报 61 128401]

    [5]

    Fang J Y, Huang H J, Zhang Z Q, Huang W H, Jiang W H 2011 Acta Phys. Sin. 60 048404 (in Chinese) [方进勇, 黄惠军, 张治强, 黄文华, 江伟华 2011 物理学报 60 048404]

    [6]

    Zhang Q, Yuan C W, Liu L 2008 20 1173 (in Chinese) [张强, 袁成卫, 刘列 2008 强激光与粒子束 20 1173]

    [7]

    Lan F, Yang Z Q, Shi Z J 2012 Acta Phys. Sin. 61 155201 (in Chinese) [兰峰, 杨梓强, 史宗君 2012 物理学报 61 155201]

    [8]

    Wang X J, Liu F K, Zhao L M, Jia H, Liu H B, Kuang G L 2009 Chin. Phys. Lett. 26 025202

    [9]

    Zhang Q, Yuan C W, Liu L 2011 Chin. Phys. Lett. 28 068401

    [10]

    Yang S W, Qing A Y 2005 IEEE Trans on Plasma Science 33 1372

    [11]

    Niu X J, Gu L, Yu X H 2011 Acta Electrnica Sinica 39 1947 (in Chinese) [牛新建, 顾玲, 于新华 2011 电子学报 39 1947]

    [12]

    Thumm M, Jacobs A, Ayza S 1999 IEEE Trans on Microwave Theory and Techniques 39 301

    [13]

    Zhang Y W 2004 Master Dissertation (Changsha: National University of Desfense Technology) (in Chinese) [张玉文 2004 硕士学位论文 (长沙: 国防科技大学)]

    [14]

    Wang D, Chen D B, Qin F, Fan Z K 2009 Chin. Phys. B 18 04281

    [15]

    Xu A, Wang W X, Wei Y Y, Gong Y B 2009 Chin. Phys. B 18 00810

    [16]

    Xu G, Yu C, Li Z H, Liao Y, Xie P 2013 High Power Laser and Particle Beams 25 394 (in Chinese) [徐刚, 余川, 李正红, 廖勇, 谢平 2013 强激光与粒子束 25 394]

    [17]

    Yu X H 2010 Ph. D. Dissertation (Chendu: University of Electronic Science and Technology of China) (in Chinese) [于新华 2010 博士学位论文 (成都: 电子科技大学)]

    [18]

    Weng W C, Yang F, Demir V 2006 IEEE Ant and Prop Society International Symposium 2006 p2063

    [19]

    Xu G, Liao Y, Xie P, Meng F B, Tang C X 2011 IEEE Transactions on Plasma Science 39 652

    [20]

    Shapiro M A, Temkin R J 2011 Journal of Infrared Milli Terahz Waves 32 283

  • [1] 骆新耀, 薛宇哲, 徐彻, 杜创洲, 刘庆想. 基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真. 物理学报, 2024, 73(9): 094101. doi: 10.7498/aps.73.20231921
    [2] 朱旭鹏, 石惠民, 张轼, 陈智全, 郑梦洁, 王雅思, 薛书文, 张军, 段辉高. 表面等离激元耦合体系及其光谱增强应用. 物理学报, 2019, 68(14): 147304. doi: 10.7498/aps.68.20190782
    [3] 黄华, 吴洋, 刘振帮, 袁欢, 何琥, 李乐乐, 李正红, 金晓, 马弘舸. 锁频锁相的高功率微波器件技术研究. 物理学报, 2018, 67(8): 088402. doi: 10.7498/aps.67.20172684
    [4] 李志刚, 程立, 袁忠才, 汪家春, 时家明. 高功率微波作用下等离子体中的雪崩效应研究. 物理学报, 2017, 66(19): 195202. doi: 10.7498/aps.66.195202
    [5] 冉茂怡, 胡耀垓, 赵正予, 张援农. 高功率微波注入对流层对氟利昂的影响. 物理学报, 2017, 66(4): 045101. doi: 10.7498/aps.66.045101
    [6] 魏进进, 周东方, 余道杰, 胡涛, 侯德亭, 张德伟, 雷雪, 胡俊杰. 高功率微波作用下O-离子解吸附产生种子电子过程. 物理学报, 2016, 65(5): 055202. doi: 10.7498/aps.65.055202
    [7] 唐涛. 高功率微波土壤击穿的数值验证研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045203. doi: 10.7498/aps.64.045203
    [8] 王冬, 徐莎, 曹延伟, 秦奋. 光子晶体高功率微波模式转换器设计. 物理学报, 2014, 63(1): 018401. doi: 10.7498/aps.63.018401
    [9] 张天钟, 喻胜, 牛新建, 李宏福, 李浩. 94 GHz TE6,2模式Denisov辐射器的研究. 物理学报, 2014, 63(12): 128402. doi: 10.7498/aps.63.128402
    [10] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾. 不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理. 物理学报, 2013, 62(12): 128501. doi: 10.7498/aps.62.128501
    [11] 周东方, 余道杰, 杨建宏, 侯德亭, 夏蔚, 胡涛, 林竞羽, 饶育萍, 魏进进, 张德伟, 王利萍. 基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究. 物理学报, 2013, 62(1): 014207. doi: 10.7498/aps.62.014207
    [12] 兰峰, 杨梓强, 史宗君. 非均匀扰动结构TE0n模式变换器研究. 物理学报, 2012, 61(15): 155201. doi: 10.7498/aps.61.155201
    [13] 方进勇, 黄惠军, 张治强, 黄文华, 江伟华. 基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统. 物理学报, 2011, 60(4): 048404. doi: 10.7498/aps.60.048404
    [14] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025217. doi: 10.7498/aps.60.025217
    [15] 吴洋, 许州, 徐勇, 金晓, 常安碧, 李正红, 黄华, 刘忠, 罗雄, 马乔生, 唐传祥. 低功率驱动的高功率微波放大器实验研究. 物理学报, 2011, 60(4): 044102. doi: 10.7498/aps.60.044102
    [16] 王淦平, 向飞, 谭杰, 曹绍云, 罗敏, 康强, 常安碧. 长脉冲高功率微波驱动源放电过程研究. 物理学报, 2011, 60(7): 072901. doi: 10.7498/aps.60.072901
    [17] 李伟, 刘永贵. 2工作模式下可调谐同轴辐射相对论磁控管的模拟研究. 物理学报, 2011, 60(12): 128403. doi: 10.7498/aps.60.128403
    [18] 李国林, 舒挺, 袁成卫, 张军, 靳振兴, 杨建华, 钟辉煌, 杨杰, 武大鹏. 一种高功率微波空间滤波器的设计与初步实验研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8591-8596. doi: 10.7498/aps.59.8591
    [19] 蔡利兵, 王建国. 介质表面高功率微波击穿的数值模拟. 物理学报, 2009, 58(5): 3268-3273. doi: 10.7498/aps.58.3268
    [20] 李正红, 孟凡宝, 常安碧, 黄 华, 马乔生. 两腔高功率微波振荡器研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3578-3583. doi: 10.7498/aps.54.3578
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-05
  • 修回日期:  2012-11-21
  • 刊出日期:  2013-04-05

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