过模转弯波导的研究

论文摘要

高功率微波技术是在上世纪七十年代兴起的一门新兴学科。在短短的几十年里,这门学科得以迅猛发展并受到广泛的重视。目前,被广泛应用于军事、科学研究、工业加工、新材料制备以及医学、生物等多方面领域。随着高功率微波技术的发展,适用于高功率微波传输系统中的馈线,与一般馈线相比,要求能更进一步承受高功率。因而,在高功率微波的馈线系统中,常采用功率容量较高的波导元件,并且在波导内部避免使用介质。圆波导和同轴波导是两种常用的微波元件,广泛应用于高功率微波系统中。例如相对论返波管、锥形慢波结构发生器等采用圆波导提取微波的器件输出的微波模式为圆波导TM01模；如渡越管、相对论速调管等采用同轴波导提取微波的器件输出的微波模式为同轴TEM模。TM01模不是圆波导内的最低阶模,必须在过模波导内传输；同轴波导传输TEM模时由于需要提高功率容量,一般也采用过模波导进行传输。在过模波导内传输的模式,若在传输过程中遇到波导转弯,很容易引发其他模式,从而降低自身传输效率。为避免或减小转弯波导中杂模的产生,保证输出模式与输入模式的一致性,是应用中亟需解决的一个困难,具有重要的研究价值和应用价值。鉴于此背景,本文对过模圆转弯波导和过模同轴转弯波导进行了理论分析,设计了转弯45度的过模圆转弯波导和转弯45度的过模同轴转弯波导,并分别进行了数值模拟和实验研究。本论文主要工作如下：1.分析了转弯波导的研究现状。2.过模圆转弯波导的设计。通过对圆波导和半圆波导的理论分析,设计了一种过模圆转弯波导。其设计思路为沿过模圆转弯波导的转弯平面插入一块金属板,将圆波导转换为两个半圆波导。圆波导TMol模在半圆波导中转换为半圆波导TE11模,经转弯传输后,重新将半圆波导TE11模转换为圆波导TM01模,从而实现圆波导TM01模的转弯传输,并对该过模圆转弯波导进行了数值模拟。在此基础上设计了一种同轴TEM-圆TM01模式变换器,作为圆波导TM01模的激励源,并对按照优化尺寸加工的过模圆转弯波导进行了实验研究。3、过模同轴转弯波导的设计。通过对同轴波导和180度扇形波导的理论分析,设计了一种过模同轴转弯波导。其设计思路为沿转弯平面插入一块金属板,将同轴波导转换为两个180度扇形波导。同轴波导TEM模在扇形波导中转换为扇形波导TE11模,经转弯传输后,重新将扇形波导TE11模转换为同轴波导TEM模,从而实现过模同轴波导TEM模的转弯传输,并对该过模同轴转弯波导进行了数值模拟。4、过模同轴转弯的优化设计。由于上述过模同轴转弯波导转弯处存在内导体,增加了加工难度。通过采用将同轴波导转换为半圆波导再进行波导的优化方式,解决同轴波导转弯部分存在内导体的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高功率微波概述
• 1.2 转弯波导的国内外研究现状
• 1.2.1 圆转弯波导的研究现状
• 1.2.2 同轴转弯波导的研究现状
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 本文研究内容及主要工作
• 第2章 过模圆转弯波导的设计
• 2.1 圆波导的理论分析
• 2.2 半圆波导的理论分析
• 01模转弯传输的介绍'>2.3 基于模式耦合理论设计圆波导TM₀₁模转弯传输的介绍
• 2.4 过模圆转弯波导的结构及基本原理
• 2.5 过模圆转弯波导的设计
• 01模式变换器的设计'>2.6 同轴TEM-圆TM₀₁模式变换器的设计
• 2.7 同轴TEM的转弯传输
• 2.8 实验研究
• 2.8.1 阻抗变化器的标定
• 2.8.2 模式变换器对接测量
• 2.8.3 模型实验测试
• 2.9 小结
• 第3章 过模同轴转弯波导的设计
• 3.1 同轴波导理论分析
• 3.1.1 同轴波导理论分析
• 3.1.2 同轴直波导功率容量
• 3.2 模拟仿真
• 3.3 180度扇形波导的理论分析
• 3.4 过模同轴转弯波导的结构及基本原理
• 3.5 过模同轴转弯波导的设计
• 3.6 过模同轴转弯波导数值计算结果
• 3.7 过模同轴转弯波导功率容量分析
• 3.8 小结
• 第4章 过模同轴转弯波导的优化设计
• 4.1 过模同轴转弯波导的优化思路
• 4.2 过模同轴转弯波导优化模型设计
• 4.2.1 过模同轴转弯波导优化模型的半径确定
• 4.2.2 过模同轴转弯波导优化模型的过渡段设计
• 4.3 过模同轴转弯波导优化模型的数值模拟
• 4.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文