專利名稱：一種圓波導(dǎo)TE₀₁模模式變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域的圓波導(dǎo)TEtll模技術(shù)，特別涉及一種圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器。
背景技術(shù)：
圓波導(dǎo)TEtll模具有電場和磁場的圓對稱結(jié)構(gòu)和低的波導(dǎo)損耗特性，因而在很多方面具有重要應(yīng)用，例如電子回旋脈塞器件，回旋管，毫米波遠距離傳輸?shù)阮I(lǐng)域。特別是回旋管器件，要求高效的模式變換器，而且它的穩(wěn)定性和可調(diào)諧性直接受模式變換器性能的影響。在現(xiàn)有技術(shù)中，生成圓波導(dǎo)TEtll模的方法大致分為直進式耦合和側(cè)耦合兩種。采用直進式耦合的方法通常是通過改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將輸入的波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換為想要的模式，采用這種方法的模式變換器通常比較長，而且在模式轉(zhuǎn)換過程中容易激勵起其他雜模，例如 Marie模式變換器。采用側(cè)耦合方法主要是通過在光滑波導(dǎo)壁上開耦合孔，典型的耦合方法是多孔定向耦合，側(cè)耦合模式變換器的特點是通常模式純度較高但工作帶寬相對較窄。而在回旋管器件應(yīng)用中，雜模的存在通常會引起雜模競爭等一系列的問題，縮短模式變換器長度，提高模式轉(zhuǎn)換純度有助于解決模式競爭的問題，另一方面隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，對毫米波器件的工作帶寬提出了越來越高的要求，模式變換器需要具有較寬的工作帶寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，該模式變化器的長度較短，模式純度高，因此也就可以有效解決模式競爭的問題，而且工作帶寬更寬。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案
一種圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，其特征在于包括矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元、模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元和波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元，其中
所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分出兩個分支波導(dǎo)支路，即兩個第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)又分別分出兩個分支波導(dǎo)支路；最后四個分支波導(dǎo)支路的輸出端同時與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接；
所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元呈十字形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)更寬的工作帶寬； 所述波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元包括十字形波導(dǎo)與錐形漸變波導(dǎo)，圓錐狀漸變波導(dǎo)沿十字形波導(dǎo)的中心軸線嵌入，這樣可以實現(xiàn)更寬的工作帶寬，便于加工，圓錐狀漸變波導(dǎo)的底面為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸出端，相反方向為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸入端。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元處于同一平面，矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元的四路輸出波導(dǎo)與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元十字形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)垂直連接；模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元輸出端為十字形波導(dǎo)，波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元是將十字形波導(dǎo)漸變到圓波導(dǎo)，采用的方式是沿十字形波導(dǎo)中軸線內(nèi)置圓錐狀漸變波導(dǎo)，實現(xiàn)輸出口為圓波導(dǎo)。所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元的分支結(jié)構(gòu)為T形分支，即每一級分支都只有兩個分支波導(dǎo)支路。所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元的底部中心設(shè)置有錐體狀凹陷面，因為錐體狀凹陷面近似于斜面，所以通過似于斜面的結(jié)構(gòu)使矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元經(jīng)與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接， 可以滿足阻抗匹配，保證模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的工作原理如下
當矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元只包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時，電磁波TEltl模首先經(jīng)矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元進入，經(jīng)過兩個第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成兩路等幅同相的TEltl模， 然后兩路等幅同相的TEltl模經(jīng)第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成四路等幅同相的TEltl模， 該四路等幅同相的TEltl模同時通過模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后經(jīng)波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元得到圓波導(dǎo)并輸出TEtll模。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單易于加工，便于保證機加精度，因為隨著功分級數(shù)的增加，插損也會增加，所以本發(fā)明采用兩級功分的結(jié)構(gòu)，從而保證盡可能地減小插損；在性能上，同時集合了現(xiàn)有技術(shù)中同類模式變換器的優(yōu)點，模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高模式純度和寬工作帶寬，充分利用了相關(guān)模式的傳播特性。


圖1是本發(fā)明的原理框2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明的模式變換仿真結(jié)果示意4是本發(fā)明的傳輸性能仿真結(jié)果示意圖
其中，附圖標記為1矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元、2模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元、3波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元，4錐體狀凹陷面。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例1
如圖1-2所示，本發(fā)明是一種圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，包括矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元、 模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元和波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元，矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元處于同一平面，矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元的四路輸出波導(dǎo)與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元十字形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)垂直連接；模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元輸出端為十字形波導(dǎo)，波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元是將十字形波導(dǎo)漸變到圓波導(dǎo)，采用的方式是沿十字形波導(dǎo)中軸線內(nèi)置圓錐狀漸變波導(dǎo)，實現(xiàn)輸出口為圓波導(dǎo)。其中，具體結(jié)構(gòu)如下
所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分出兩個分支波導(dǎo)支路，即兩個第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)又分別分出兩個分支波導(dǎo)支路；最后四個分支波導(dǎo)支路的輸出端同時與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元垂直連接；
所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元呈十字形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)更寬的工作帶寬； 所述波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元包括十字形波導(dǎo)與錐形漸變波導(dǎo)，圓錐狀漸變波導(dǎo)沿十字形波導(dǎo)的中心軸線嵌入，這樣可以實現(xiàn)更寬的工作帶寬，便于加工，圓錐狀漸變波導(dǎo)的底面為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸出端，相反方向為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸入端。所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元的分支結(jié)構(gòu)為T形分支，即每一級分支都只有兩個分支波導(dǎo)支路。所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元的底部中心設(shè)置有錐體狀凹陷面，因為錐體狀凹陷面近似于斜面，所以通過似于斜面的結(jié)構(gòu)使矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元經(jīng)與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接， 可以滿足阻抗匹配，保證模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的工作原理如下
當矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元只包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時，電磁波TEltl模首先經(jīng)矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元進入，經(jīng)過兩個第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成兩路等幅同相的TEltl模， 然后兩路等幅同相的TEltl模經(jīng)第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成四路等幅同相的TEltl模， 該四路等幅同相的TEltl模仍然是矩形波導(dǎo)，該四路等幅同相的TEltl模經(jīng)輸出端的斜面彎轉(zhuǎn)匯聚合成十字形波導(dǎo)，在十字形波導(dǎo)內(nèi)形成I^2模，并確保模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有良好的傳輸效果，再通過內(nèi)嵌的圓錐狀漸變波導(dǎo)將十字形模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)漸變到圓波導(dǎo)，由I^2模電場方向的特殊性，在圓波導(dǎo)端口便可得到TEtll模的輸出。如圖3-4所示，反映了本發(fā)明的圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器的仿真結(jié)果和模式變換器高模式純度、寬工作帶寬的特性，包括模式變換器的場模式圖、圓波導(dǎo)TEtll模插損S (2 6 ； 1 1)、可用工作帶寬及其他雜模水平。本發(fā)明所述的模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為不同于現(xiàn)有技術(shù)中的側(cè)耦合圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，四路矩形波導(dǎo)并不是直接與圓波導(dǎo)相接，而是與十字形波導(dǎo)相接，并采用圓錐狀匹配結(jié)構(gòu)；同時，所述漸變波導(dǎo)部分，采用將十字形波導(dǎo)與內(nèi)置錐形波導(dǎo)相結(jié)合的方式漸變到圓波導(dǎo)。其中，本發(fā)明圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器設(shè)計指標為=TCtll模模式純度大于95%、工作帶寬達9GHz、雜模轉(zhuǎn)換效率低于0. 1%。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，其特征在于包括矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元、模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元和波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元，其中所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)， 即第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分出兩個分支波導(dǎo)支路，即兩個第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)又分別分出兩個分支波導(dǎo)支路； 最后四個分支波導(dǎo)支路的輸出端同時與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接；所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元呈十字形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元包括十字形波導(dǎo)與錐形漸變波導(dǎo)，圓錐狀漸變波導(dǎo)沿十字形波導(dǎo)的中心軸線嵌入，圓錐狀漸變波導(dǎo)的底面為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸出端，相反方向為波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，其特征在于所述矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元的分支結(jié)構(gòu)為T形分支，即每一級分支都只有兩個分支波導(dǎo)支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，其特征在于所述模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元的底部中心設(shè)置有錐體狀凹陷面，通過錐體狀凹陷面使矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元經(jīng)近似斜面狀的結(jié)構(gòu)與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓波導(dǎo)TEtll模模式變換器，其特征在于工作原理為當矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元只包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時，電磁波TEltl模首先經(jīng)矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元進入，經(jīng)過兩個第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成兩路等幅同相的TEltl模，然后兩路等幅同相的TEltl模經(jīng)第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成四路等幅同相的TEltl模，該四路等幅同相的TEltl模同時通過模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后經(jīng)波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元得到圓波導(dǎo)并輸出TEtll模。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓波導(dǎo)TE01模模式變換器，包括矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元、模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元和波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元，矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元與模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元連接，模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元與波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元連接；該矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元包括兩級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時，電磁波TE10模首先經(jīng)矩形波導(dǎo)功分結(jié)構(gòu)單元進入，經(jīng)過兩個第一級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成兩路等幅同相的TE10模，然后兩路等幅同相的TE10模經(jīng)第二級分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等幅功分形成四路等幅同相的TE10模，該四路等幅同相的TE10模同時通過模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后經(jīng)波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)單元得到圓波導(dǎo)并輸出TE01模；本發(fā)明具有模式純度高、工作帶寬寬和較易加工的優(yōu)點。
文檔編號H01P1/163GK102280676SQ201110157129
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者劉玥玲, 康小克, 王永帥, 肖紅偉, 蔡鐘斌, 鄭貴強 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所