检索结果-内蒙古大学图书馆

微波学报 2008年第6期24卷 78-81页

作者：唐世荣杨梓强兰峰电子科技大学物理电子学院成都610054

提出了采用介质填充实现圆波导中TM01-TE11模式变换的方法,设计了中心频率为7.2GHz的圆波导TM01-TE11模式变换器,并进行模拟研究和实验研究。当介质材料采用聚四氟乙烯时,仿真结果表明:该模式变换器的最大转换效率为99.88%,转换效率大于... 详细信息

提出了采用介质填充实现圆波导中TM01-TE11模式变换的方法,设计了中心频率为7.2GHz的圆波导TM01-TE11模式变换器,并进行模拟研究和实验研究。当介质材料采用聚四氟乙烯时,仿真结果表明:该模式变换器的最大转换效率为99.88%,转换效率大于90%的绝对带宽为0.71GHz;实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致,证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性。

关键词：介质填充不连续波导模式变换器圆波导

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高功率微波传输线及模式变换研究

高功率微波传输线及模式变换研究

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作者：牛新建电子科技大学

学位级别：博士

回旋管是一种重要的新型毫米波器件，具有高峰值功率、高平均功率、高增益、高效率、适当带宽等优点，很适合作毫米波雷达、相控阵雷达、通信及电子对抗、受控热核聚变、工业加工等系统用功率源。作为高能量的微波传输和模式转换部分是... 详细信息

回旋管是一种重要的新型毫米波器件，具有高峰值功率、高平均功率、高增益、高效率、适当带宽等优点，很适合作毫米波雷达、相控阵雷达、通信及电子对抗、受控热核聚变、工业加工等系统用功率源。作为高能量的微波传输和模式转换部分是回旋管的重要部份，它使回旋管的能量以有效的方式传输和辐射。因此，具有重要的研究价值和应用价值。本论文工作是在“九·五”预研项目， “十·五”预研项目， “十·五”高技术863的资助下，对几种回旋管和高功率微波器件的微波传输和模式转换部分作了全面深入的理论和数值模拟研究，设计加工模式变换器已成功的应用于西北核技术研究所的实验中。本论文的主要工作和贡献在于： 1. 研究了过模圆波导轴线弯曲波导和半径微扰变形中的模式耦合问题，并在耦合波理论的基础上，应用“正交函数的展开理论”，将波导内的场展开为电波和磁波“驻波”的级数形式，导出传输线方程组。通过耦合波传输线方程组导出耦合波方程组及相应耦合系数的一般表达式。 2. 系统的研究了高功率微波系统中波导各种变形对波传播的影响。详细分析了实现模式转换所需的条件，讨论了不同条件下，数值求解耦合波方程的方法及优化算法。研究、分析计算和讨论了各种数学模型及其计算方法。并对数学模型及计算方法进行了直接或间接地验证。 3. 研究了常曲率弯曲和变曲率弯曲模式变换器，编制和发展了“高功率过模波导模式转换结构摸拟”软件。采用不同几何结构和相应的相位重匹配方法，设计出了高效、宽带、紧凑的过模波导模式转换器，并得出了波导半径、频率、弯曲曲率和带宽之间的相互变化关系。以此研制的中心频率8.8GHz，直径的双弯曲TM01—TE11模式变换器已成功的应用于西北核技术研究所的实验中，其设计效率为。研究了TE01—TM11模式变换的两种结构，首次改进了正弦弯曲结构，有效地抑制了寄生模式的输出功率，提高模式转换效率，并可使转换器的长度大为缩短。首次分析了弯曲圆波导TE01—TM11模式转换临界角θc的情况。在临界角情况下，若考虑多模因素，则不能使TE01—TM11的能量发生全转换，而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近，且转换的效率与弯波导曲率相关。 4. 针对半径渐变微扰波导模式变换器进行了详细的数值模拟和设计。采用相应的相位重匹配技术，可设计出高效、宽带、紧凑的过模波导TE0n—TE01、TM0n—TM01以及采用中间过度模式的TM01—TE11模式转换器。同时为“十·五”军事预研项目设计出高性能TE01—TE11模式转换器。 5. 首次详细数值研究了回旋放大器件的新型电子枪端微波输入结构，采用准光模式变换对电子枪阳极进行了优化设计，使电子枪和模式传输与转换的作用融为一体。同时考虑了阳极对电子注的影响。准光模式变换器主要采用矢量绕射理论和几何光学理论，并结合两种理论设计复杂反射曲面。应用分小块的方法，调整入射波束的相位和方向，提高输出波束的质量和准光模式转换的效率。

关键词：高功率毫米波回旋管过模波导耦合波方程模式变换器相位重匹配数值计算电子枪准光模式变换器

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基于人工超材料的电磁模式变换结构

基于人工超材料的电磁模式变换结构

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作者：胡诗婕电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着毫米波和太赫兹技术的发展,越来越多的应用需要大功率毫米波-太赫兹辐射源,传统的微波慢波器件采用基模工作,在毫米波和太赫兹频段,高频结构尺寸小、功率密度低、加工困难、成本高,难以大规模应用。因此,高阶模式工作的微波... 详细信息

近年来,随着毫米波和太赫兹技术的发展,越来越多的应用需要大功率毫米波-太赫兹辐射源,传统的微波慢波器件采用基模工作,在毫米波和太赫兹频段,高频结构尺寸小、功率密度低、加工困难、成本高,难以大规模应用。因此,高阶模式工作的微波器件越来越多的获得科研工作者的重视,回旋管、光子晶体速调管、高阶模式返波管被提出并被广泛研究。但高阶波导模式无法在自由空间传输,并且难以直接应用,因此需要将其进行模式变换,转成基模或者高斯光束传输。人工超材料是近年新兴的一种电磁材料,是指利用人工工程的方法构建出的一种人工复合结构,性质由几何结构而非材料化学组分决定,这种结构具有一般天然材料所不具备的超常特性,具有天然材料不具备的电磁特性。电磁波在人工超材料中传播时,会展现出不同于在普通材料中传播的特性,因此有望实现高阶波导模式到高斯光束的转换。本文基于人工超材料的设计原理,根据波导模式和高斯光束电磁特性的差异,对基于人工超材料的电磁模式变换结构开展了探索研究。设计了一种基于“+”型单元结构的35GHz圆波导TE01模式到高斯光束和一种圆波导TE21模式到高斯光束的模式变换器。利用仿真软件对于单元结构进行仿真,根据相移曲线是否平缓、相移改变量是否足够大的特点,确定合适的单元层数及层间距。根据频率大小确定总尺寸,根据实际加工情况确定金属厚度、材质以及介质基板的厚度、材质。电磁仿真结果表明,透射场的高斯纯度均达到较好效果。对TE01模式变换器进行了加工和测试。利用功率探头配合位移台对加工完成的TE01模式变换器透射电场进行面扫描测试。在35GHz至38GHz实验测试结果与仿真结果一致,进一步证明本文所述模式变换器设计有效、可行。

关键词：人工超材料模式变换器电磁仿真 TE模式电磁波高斯波束

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高功率容量紧凑化弯头与柔性连接波导技术研究

高功率容量紧凑化弯头与柔性连接波导技术研究

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作者：赵宁电子科技大学

学位级别：硕士

过模波导是高功率微波传输与发射系统中普遍采用的传输线形式。由于其横截面尺寸远大于标准波导,因此在很大程度上能够降低传输线中的最大电场强度,从而达到避免击穿并提高功率容量的目的。在系统集成过程中,为了满足导行电磁波点到点... 详细信息

过模波导是高功率微波传输与发射系统中普遍采用的传输线形式。由于其横截面尺寸远大于标准波导,因此在很大程度上能够降低传输线中的最大电场强度,从而达到避免击穿并提高功率容量的目的。在系统集成过程中,为了满足导行电磁波点到点复杂变向传播要求,波导弯头与柔性软波导连接必不可少。相对于常规标准波导弯头与软波导连接器件而言,过模波导对这一技术问题时面临着极大的技术挑战。根据波导模式传输的正交性理论,在规则波导中各电磁波模式直接不发生能量耦合。然而在弯曲、变形等工程应用条件下,正交性原则不再成立,导波模式与寄生模式之间发生复杂的耦合过程,导致局部场强激增、功率容量下降、传输线末端失配、馈源辐射特性改变等一系列工程问题。随着应用系统对功率容量要求的不断提升,波导横截面尺寸继续增大,如何在满足导行波复杂点到点变向传输的过程中解决寄生模式抑制问题成为目前高功率微波传输技术领域的重点研究方向之一。论文针对高功率TM01模传输线中的紧凑化过模波导弯头与柔性连接波导技术开展研究,从常用过模圆波导的弯曲耦合问题出发,构建模式耦合理论和模型,在耦合波理论的分析基础上,通过改变横截面形状与弯曲路径等方式相结合的方法寻求解决上述问题的技术途径。论文的主要工作内容和贡献如下几个方面:1、从耦合波理论出发,对轴线弯曲圆波导的耦合波方程开展研究,推导并给出了圆波导中模式之间的耦合系数。结合TM01模式在弯曲波导中的传输关系式,通过相应的数值工具,对常曲率过模TM01模90°弯头进行了设计和分析。之后,为打破常曲率TM01弯头中存在的制约关系,通过数值迭代算法编写了弯曲轴线为变曲率的数值工具,在电磁仿真软件中建立了工作在X波段的变曲率TM01模90°弯头,验证了数值程序的准确性。其结构相比常曲率更加紧凑,在中心频点的传输效率达到99.65%。2、为进一步满足TM01弯头对高功率容量、宽带和结构紧凑的要求,在变曲率TM01模90°弯头的基础上,探究横截面的形变对波导传输器件的影响,对椭圆波导的耦合波方程进行了推导。通过改变椭圆端口的离心率的方法,实现了准确控制模式之间耦合,并最终设计出了最大弯曲半径为435mm的变曲率椭圆TM01模90°弯头,其在中心频点9.7GHz的传输效率为99.82%,相对带宽达到29.8%,功率容量为6.16GW。3、为探究TM01模式的在传输链路中的柔性传输,补偿高功率传输链路中连接位置的偏差,采用模式变换的方案设计了一种软性结构。根据波纹波导的结构特点,首先设计了一段中心频点在9.7GHz的传输TE01模式的软波导结构,计算出了其弯曲角度和传输效率之间关系,并能够实现在轴线方向上的拉伸或压缩。之后,为实现TM01模式到TE01模式的直接变换,设计了结构紧凑并传输效率高的TM01-TE01模式变换器,并在8.76GHz～10.69GHz范围内的转换效率大于98%,功率容量可达3.89GW。最后,通过连接二者验证方案。

关键词：高功率微波波导弯头波纹软波导耦合波方程模式变换器

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毫米波模式激励器理论与实验研究

毫米波模式激励器理论与实验研究

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作者：赵晓娜电子科技大学

学位级别：硕士

目前,回旋管的输出方式有两种,径向输出、横向输出,在车载等紧凑型系统中一般都需要准光模式变换器来将互作用模式(通常是高阶边廊模TMmn和TEmn,其中m》1、n-1,2)转换为准高斯模。为了避免在准光模式变换器的设计与加工中出现错误而付... 详细信息

目前,回旋管的输出方式有两种,径向输出、横向输出,在车载等紧凑型系统中一般都需要准光模式变换器来将互作用模式(通常是高阶边廊模TMmn和TEmn,其中m》1、n-1,2)转换为准高斯模。为了避免在准光模式变换器的设计与加工中出现错误而付出巨大的人力和财力,有必要预先测试其性能,故而需要使用模式激励器来产生这些高阶模以提供测试的输入源。本文即对模式激励器开展了较深入的理论和实验研究。设计模式激励器通常会根据两种方法,一是传统的利用波导半径或其轴线的扰动来实现模式变换,另一种是准光变换方法。由于近年来的回旋管几乎都工作在高阶TE模,所以,根据波导半径或其轴线的扰动方法得到的激励器将会非常长,而且容易出现寄生模式,加工和应用都不方便。本文从不均匀弦方程及其边界条件出发,编写Matlab程序设计了激励TE62模的三段式同轴腔结构,并利用HFSS软件进行仿真验证,得到了同轴TE62模。在此基础上,设计了三个圆波导TE62模式激励器,分别是矩形波导TE1o——圆波导TE62模式变换器、基于部分波理论的圆波导TE62模式激励器和准光TE62模式激励器,同时利用FEKO软件对这三个模型进行仿真优化,并再次编写Matlab程序分析各输出模的纯度,通过三种方法得到的圆波导TE62模的纯度分别是90.05%,93.22%,96.1%,显然,准光TE62模式激励器输出的TE62的纯度较高,且为圆极化模,满足实际要求。在微波暗室中,本文对3mm波段准光模式变换器开展了实验研究。采用已有的测试系统对其进行测试,用计算机记录、保存测试数据,实验结束后对其进行分析与处理,同时给出波束的功率分布图。实验表明,测试结果与理论吻合的较好。

关键词：回旋管模式变换器准光TE63模式激励器测试

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高功率微波有源相控阵天线研究

高功率微波有源相控阵天线研究

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作者：刘嵘中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

高功率微波被广泛应用于电子对抗、微波武器、高功率雷达和高功率传输等领域中,其中高功率微波天线是决定功率容量和转换效率的关键器件。大多数高功率微波天线为单口径辐射天线或是反射面天线,无法在空域中灵活且快速地实现波束扫描,... 详细信息

高功率微波被广泛应用于电子对抗、微波武器、高功率雷达和高功率传输等领域中,其中高功率微波天线是决定功率容量和转换效率的关键器件。大多数高功率微波天线为单口径辐射天线或是反射面天线,无法在空域中灵活且快速地实现波束扫描,这就需要研究高功率容量以及可扫描的天线。而有源相控阵通过移相来实现电子扫描,又具备空间功率合成的能力,具有应用到高功率微波领域的潜力。针对目前有源相控阵天线单元及模式变换器功率容量不足、波束扫描角度小和剖面高度较高等不足,本文在仿真和实验的基础上提出多种应用于高功率微波的有源相控阵天线设计方案。主要工作如下: 1、提出了一种X波段高功率微波有源相控阵喇叭阵列天线。介绍了一种新型的高峰值功率喇叭天线单元,该单元在角锥喇叭天线单元的口径表面上加载了直壁来避免大扫描角度时出现的阻抗失配,同时在直壁的基础上添加了隔板以调节有源驻波比,抑制扫描盲点的出现。本文创新性地提出一种高功率容量双端口弯曲波导来连接喇叭天线单元和后端组件,对两个端口输入等幅同相电场以提升传输功率容量,并分析了两个端口相位误差对实际传输特性的影响。同时波导弯曲结构在不影响反射系数的前提下降低了剖面高度。最终,设计了基于三角形布阵的基于双端口波导高功率喇叭天线阵列,经过仿真优化和实测对比,天线可以实现±10°的扫描范围,阵列总功率容量为56.34MW。 2、提出了一种高功率微波宽角扫描有源相控阵喇叭天线。阐述了高功率微波模式变换器的工作机理和设计方法,在传统同轴波导变换器的基础上添加了金属匹配块和过渡腔体结构,介绍了基于圆柱形过渡腔体结构和倒T形过渡腔体结构的高功率同轴波导变换器。通过仿真优化和实测分别设计了基于圆柱形腔体和倒T形过渡腔体结构的喇叭天线单元,经过三角布阵方式组成7×7高功率微波阵列,实测结果表明了天线扫描角度为±30°,功率容量达MW级。最后,在喇叭上加载单脊进一步地提升了工作带宽以及与自由空间的阻抗匹配。 3、介绍了一种低剖面高功率微波堆叠贴片天线。上层为悬板天线,下层为微带贴片天线,二者堆叠起构成宽带双层辐射天线。为提升宽角扫描特性,改变了贴片形状并加载了寄生辐射贴片。使用高功率容量的圆锥形同轴探针对天线馈电。最终,阵列的整体剖面高度不超过0.20,天线具有宽带宽角、高功率、低剖面等优势。

关键词：高功率微波有源相控阵喇叭天线堆叠贴片模式变换器

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太赫兹频段模式变换与辐射天线技术研究

太赫兹频段模式变换与辐射天线技术研究

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作者：杨文淑电子科技大学

学位级别：硕士

本文结合太赫兹技术最新发展动态,对0.22THz大功率回旋管高过模输出结构中模式变换系统进行了详细的研究。通过理论分析和模拟仿真技术提出了模式变换器和多模辐射喇叭的设计方案,实现了TE03-TE02-TE01-TE11-HE11的模式变换。论文的主... 详细信息

本文结合太赫兹技术最新发展动态,对0.22THz大功率回旋管高过模输出结构中模式变换系统进行了详细的研究。通过理论分析和模拟仿真技术提出了模式变换器和多模辐射喇叭的设计方案,实现了TE03-TE02-TE01-TE11-HE11的模式变换。论文的主要研究内容如下: 1.完成了太赫兹波大功率回旋管输出结构中模式变换器的理论分析和设计。通过理论分析和数值计算,研究了周期半径微扰结构和轴线弯曲结构波导的变换效率与带宽,结果表明,TE03-TE01的转换效率达到98.11%,转换效率大于90%的带宽达到6GHz;TE01-TM11模式转换效率达到96.2%,转换效率大于90%的带宽达到了58GHz。 2.提出采用介质填充的方法,研究了输入输出共轴的圆波导TE01-TE11变换器物理模型。采用介质填充的方法获得两扇形波导内TE11模式的半周期相差,最终实现圆波导TE01-TE11模式变换。利用HFSS对模式变换器的相关参数进行了仿真优化,得到了0.22THz模式变换器的最佳转换效率和带宽。结果表明,该种结构可以实现TE01-TE11的模式变换,虽然结构总长度相比轴线弯曲的圆波导模式变换器的长度明显减小,但是效率和带宽都明显降低。 3.采用多模喇叭结构将TE11模转换成线极化的HE11模,模拟了中心工作频率在0.22THz的多模喇叭天线,优化了结构参数,得到了较为良好的辐射方向图。

关键词：太赫兹波高过模圆波导模式变换器多模喇叭模拟仿真

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超宽频带圆形槽波导定向耦合器的研究

超宽频带圆形槽波导定向耦合器的研究

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作者：徐耀忠东南大学

学位级别：硕士

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Ka波段TE01模圆波导弯头的研究

Ka波段TE01模圆波导弯头的研究

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作者：胡小军电子科技大学

学位级别：硕士

在高功率微波传输过程中，波导弯头是一种极其重要的器件，它能使高功率微波源的能量高效率的传输，因此，对波导弯头的研究具有重要的意义。本论文采用了不同的方法对Ka波段TE01模圆波导弯头进行了探索，主要工作和贡献如下：1、推导... 详细信息

在高功率微波传输过程中，波导弯头是一种极其重要的器件，它能使高功率微波源的能量高效率的传输，因此，对波导弯头的研究具有重要的意义。本论文采用了不同的方法对Ka波段TE01模圆波导弯头进行了探索，主要工作和贡献如下： 1、推导了轴线弯曲和半径渐变光壁圆波导条件下的耦合波方程，并且归纳了相应的耦合系数。全面介绍了模匹配技术，并详细的推导出单级台阶突变和多级台阶突变电磁场的模匹配矩阵方程。 2、根据耦合波理论编写了轴线弯曲圆波导弯头的程序，通过仿真软件CST仿真计算的结果与Matlab数值计算结果进行了详细的对比，验证了Matlab数值计算程序的正确性。最终通过Matlab程序数值计算设计出了在中心频率30.5GHz处TE01模传输效率在98%以上，传输效率在90%以上的相对带宽达到16%以上的TE01模常曲率圆波导弯头。 3、根据圆波导中模式之间的耦合强弱关系，采用椭圆波导来尽量避免TE01模与TM11模发生耦合，从而降低了它们之间耦合强度。利用仿真软件CST采用插值函数设计出了在中心频率30.5GHz处的传输效率为98.8%，在28.5GHz到30GHz的带宽范围内的传输效率都在99%以上，在30GHz到31.5GHz带宽范围内的传输效率都在98%以上，传输效率在92%以上的相对带宽就达到16.4%的TE01模变曲率椭圆波导弯头。 4、根据准光理论来设计斜角弯头。重点介绍了模式变换器的设计，首先是对高斯模的展开以及高斯束腰和口面半径的选择，然后通过遗传算法的优化程序设计出了符合要求的模式转换器。最后，利用仿真软件HFSS对斜角弯头的仿真优化，得到在中心频率30.5GHz处TE01模的传输效率在98%以上，工作效率在96%以上的相对带宽在9.8%以上的斜角弯头。

关键词：高功率微波源波导弯头耦合波方程模匹配技术模式变换器

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充等离子体微波管的研究

充等离子体微波管的研究

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作者：陈硕电子科技大学

学位级别：硕士

本文首先对填充等离子体微波管的理论和实验发展作了较系统的综述分析，在此基础上重点对等离子体辅助慢波振荡器（PASOTRON）的实验装置和实验结果做深入而细致的研究，并对PASOTRON模式变换器的数学模型进行了数值计算，优化设计了模... 详细信息

本文首先对填充等离子体微波管的理论和实验发展作了较系统的综述分析，在此基础上重点对等离子体辅助慢波振荡器（PASOTRON）的实验装置和实验结果做深入而细致的研究，并对PASOTRON模式变换器的数学模型进行了数值计算，优化设计了模式变换器的结构尺寸。具体主要有以下内容： 1、从等离子体—注—波互作用的理论综述分析填充等离子体对微波器件性能参数的影响，并具体分析等离子体加载耦合腔链行波管中混合模式的形成，通过加载等离子体耦合腔行波管的实验数据来证实此类器件的特点。 2、对PASOTRON系统的实验装置进行了设计与制作。尤其是对空心阴极等离子体电子枪、电子注自聚焦传输系统、填充等离子体慢波结构以及真空馈气系统等子系统进行分析、设计，参与制作和调试。 3、对PASOTRON的实验测试并对实验结果进行分析。对空心阴极等离子体电子枪的放电实验和传输聚束实验进行了重点研究，对实验结果的分析为以后进一步开展等离子体填充微波管的研究打下了很好的基础。同时还设计了单次脉冲微波的测试系统，为这个项目的进一步实验创造了条件。 4、设计了PASOTRON所用的一种新型圆波导TM01—圆波导TE11的宽带射频输出模式变换器。对模式变换器的数学模型进行数值计算，并得到了归一化阻抗、驻波系数和频率相关的曲线，同时根据数值计算的综合曲线优化了模式变换器各部分的结构尺寸。我们是国内首先开展填充等离子微波器件实验研究的课题组，因而本论文得到的一些结果无论是对于PASOTRON的进一步研究工作，还是对于其它类型的填充等离子体微波器件的开发均有很重要的参考价值。

关键词：微波振荡器 PASOTRON 等离子体模式变换器

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