本發(fā)明屬于高功率微波模式轉(zhuǎn)換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

多數(shù)高功率微波源具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，它們產(chǎn)生的模式多是旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)模式。常見(jiàn)高功率微波源，例如磁絕緣線(xiàn)振蕩器、渡越時(shí)間振蕩器、相對(duì)論返波管、相對(duì)論速調(diào)管的輸出都是軸對(duì)稱(chēng)tem模式或tm01模式。這些模式的橫向電場(chǎng)呈軸對(duì)稱(chēng)分布，從而導(dǎo)致其遠(yuǎn)場(chǎng)軸向輻射為零，即所謂空心波束，該類(lèi)微波模式不利于高功率微波的定向傳輸與發(fā)射。為了實(shí)現(xiàn)定向輻射，通常要將圓波導(dǎo)tm01?；蛲Stem模變換為圓波導(dǎo)te11模以獲得軸向增益。當(dāng)前被采用的高功率微波模式變換器基本有以下兩種：彎曲型變換方式和移相型變換方式。彎曲型變換方式中比較有代表性的模式變換器為雙曲型波導(dǎo)模式變換器。移相型變換方式主要包括同軸插板式模式變換器、徑向線(xiàn)型模式變換器及介電介質(zhì)移相器。

對(duì)于波導(dǎo)傳輸多頻狀態(tài)下tm01或tem模式的高功率微波，由于多數(shù)模式轉(zhuǎn)換器具有選頻特性(窄頻)，且結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定某些轉(zhuǎn)換器(雙曲型、徑向線(xiàn)型模式轉(zhuǎn)換器)無(wú)法改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，或某些轉(zhuǎn)換器(同軸插板式模式轉(zhuǎn)換器)結(jié)構(gòu)變換較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨頻段多頻點(diǎn)高功率微波模式轉(zhuǎn)換。

從tem模式和te11模式的場(chǎng)結(jié)構(gòu)可知，將tem模式橫截面一半部分的電場(chǎng)反向即可獲得與te11近似的場(chǎng)分布。因此，考慮將tem模傳輸波導(dǎo)分割為角度為180度的兩部分，再分別對(duì)兩部分施以不同相移，使其產(chǎn)生180度相移即可實(shí)現(xiàn)模式變換，即滿(mǎn)足條件(β1-β2)·l＝π(β1，β2為扇形界面波導(dǎo)相速度，l為模式變換器長(zhǎng)度)。

在利用傳輸系統(tǒng)中的電磁場(chǎng)與電子或其他荷電粒子相互作用的裝置或器件中，例如行波放大器，粒子加速器，以及在電磁波與較低速度的波例如聲波或靜磁波相互作用的器件中，為了使相互作用在較長(zhǎng)距離和較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)進(jìn)行，需要使傳輸系統(tǒng)中的電磁波相速低于空間光速。這種傳輸系統(tǒng)就是慢波系統(tǒng)或慢波結(jié)構(gòu)。完全由光滑的導(dǎo)體壁構(gòu)成的柱形系統(tǒng)中只能傳播快波或tem波。因?yàn)橥耆R次邊界條件的系統(tǒng)中橫向只能是駐波，所以全金屬結(jié)構(gòu)的慢波系統(tǒng)器壁不可能是光滑，均勻的。常用皺折表面或稱(chēng)波紋表面的金屬波導(dǎo)作為慢波結(jié)構(gòu)。這時(shí)它們沿縱向不再是均勻結(jié)構(gòu)而是一種周期結(jié)構(gòu)。當(dāng)皺折的空間周期遠(yuǎn)小于導(dǎo)波波長(zhǎng)時(shí)，可以把皺折表面的系統(tǒng)近似作為均勻系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器，解決了對(duì)于波導(dǎo)傳輸多頻狀態(tài)下tm01或tem模式的高功率微波，由于多數(shù)模式轉(zhuǎn)換器具有選頻特性(窄頻)，且結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定某些轉(zhuǎn)換器(雙曲型、徑向線(xiàn)型模式轉(zhuǎn)換器)無(wú)法改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，或某些轉(zhuǎn)換器(同軸插板式模式轉(zhuǎn)換器)結(jié)構(gòu)變換較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多頻點(diǎn)依據(jù)低頻至高頻的順序由tem模式至te11模式的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，通過(guò)金屬平板將同軸圓波導(dǎo)均分為兩部分，一部分填充周期可均勻調(diào)節(jié)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)，另一部分為180扇形同軸波導(dǎo)，金屬平板使同軸圓波導(dǎo)內(nèi)頻率為f的tem模式微波均分為兩部分并各自在對(duì)應(yīng)部分的波導(dǎo)內(nèi)傳輸。經(jīng)距離為mp的傳輸(m為正整數(shù)，p為帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期)，兩部分波導(dǎo)傳輸?shù)奈⒉ㄏ辔徊钸_(dá)到180度，則實(shí)現(xiàn)頻率為f的tem模式微波轉(zhuǎn)換為te11模式。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器，同軸圓波導(dǎo)內(nèi)沿同軸圓波導(dǎo)軸線(xiàn)方向設(shè)置有將同軸圓波導(dǎo)均分為兩部分的金屬平板，所述其中一部分波導(dǎo)填充有周期可調(diào)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)，另一部分為180度扇形同軸波導(dǎo)，同軸圓波導(dǎo)內(nèi)頻率為f的tem模式微波被所述金屬平板均分為兩部分，并且各自在其對(duì)應(yīng)部分的波導(dǎo)內(nèi)傳輸，通過(guò)調(diào)節(jié)與微波頻率f相對(duì)應(yīng)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期，經(jīng)過(guò)距離mp的傳輸(m為正整數(shù)，p為帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期)，兩部分波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)奈⒉óa(chǎn)生180度相位差，頻率為f的tem模式高功率微波在模式轉(zhuǎn)換器輸出端口轉(zhuǎn)換成為te11模式，若頻率f1的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mp1，頻率f2的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mp2，頻率fn的高功率微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mpn(n＝1，2，3，……)，其中頻率的數(shù)值關(guān)系滿(mǎn)足：f1＜f2＜……＜fn，其對(duì)應(yīng)的盤(pán)荷波導(dǎo)周期關(guān)系為：p1＞p2＞……＞pn，則可按照f(shuō)1、f2、……、fn的順序，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)的周期實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻率的微波依次由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式。

進(jìn)一步地，所述帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)的周期通過(guò)改變其對(duì)應(yīng)的相鄰兩盤(pán)荷波導(dǎo)片之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過(guò)用于調(diào)節(jié)盤(pán)荷波導(dǎo)距離的外控裝置依次實(shí)現(xiàn)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期為p1、p2、……、pn的變化。

進(jìn)一步地，所述盤(pán)荷波導(dǎo)片設(shè)置連接有具有螺紋結(jié)構(gòu)的連接端，所述盤(pán)荷波導(dǎo)片通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)與具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，螺桿連接外控裝置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用一金屬平板將同軸圓波導(dǎo)均分為兩部分，其中一部分填充周期為p帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)，另一部分為180度扇形同軸波導(dǎo)。金屬平板使同軸圓波導(dǎo)內(nèi)頻率為f的tem模式微波均分為兩部分，并且各自在其對(duì)應(yīng)部分的波導(dǎo)內(nèi)傳輸，通過(guò)調(diào)節(jié)與微波頻率f相對(duì)應(yīng)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期，經(jīng)過(guò)距離mp的傳輸(m為正整數(shù)，p為帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期)，兩部分波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)奈⒉óa(chǎn)生180度相位差，頻率為f的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式。此外，帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期可均勻調(diào)節(jié)，通過(guò)外控裝置實(shí)現(xiàn)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期為p1、p2、……、pn的變化。盤(pán)荷波導(dǎo)片通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)與具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，螺桿在徑向上轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)與其連接的盤(pán)荷波導(dǎo)片移動(dòng)相應(yīng)的距離，以此改變帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)的周期。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了多頻點(diǎn)按照低頻至高頻的順序?qū)崿F(xiàn)由tem模式至te11模式的轉(zhuǎn)換。該模式轉(zhuǎn)換方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易操控，且易于和圓錐喇叭天線(xiàn)集成，獲得高功率微波軸向增益。

附圖說(shuō)明

圖1是帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器的側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器的正面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、圓波導(dǎo)，2、盤(pán)荷波導(dǎo)片，3、同軸內(nèi)導(dǎo)體，4、金屬平板。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示的一種帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)多頻可控模式轉(zhuǎn)換器，包括同軸圓波導(dǎo)，同軸圓波導(dǎo)包括圓波導(dǎo)、在圓波導(dǎo)內(nèi)沿圓波導(dǎo)軸心方向設(shè)置的同軸內(nèi)導(dǎo)體，圓波導(dǎo)為金屬圓波導(dǎo)，同軸內(nèi)導(dǎo)體為金屬同軸內(nèi)導(dǎo)體。同軸圓波導(dǎo)內(nèi)沿同軸圓波導(dǎo)軸線(xiàn)方向設(shè)置有將同軸圓波導(dǎo)均分為兩部分的金屬平板，金屬平板為金屬薄平板，其中一部分波導(dǎo)填充有周期可調(diào)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)，另一部分為180度扇形同軸圓波導(dǎo)。金屬平板使同軸圓波導(dǎo)內(nèi)頻率為f的tem模式微波均分為兩部分，其中一部分在帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)內(nèi)傳輸，另一部分繼續(xù)在180度扇形同軸圓波導(dǎo)內(nèi)傳輸，并且金屬平板將同軸圓波導(dǎo)與同軸內(nèi)導(dǎo)體進(jìn)行定位固定連接。

如圖2所示，盤(pán)荷波導(dǎo)片的周期為p，兩盤(pán)荷波導(dǎo)片之間的距離為d，距離d通過(guò)外控裝置可實(shí)現(xiàn)均勻變化，從而實(shí)現(xiàn)盤(pán)荷波導(dǎo)周期為p的調(diào)節(jié)。當(dāng)距離d變換到一定值，使得盤(pán)荷波導(dǎo)周期p恰好可以實(shí)現(xiàn)在盤(pán)荷波導(dǎo)中傳輸?shù)念l率為f的微波與在圓波導(dǎo)中傳輸?shù)奈⒉ㄏ辔徊钸_(dá)到180度時(shí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該頻率為f的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式，即可以通過(guò)調(diào)節(jié)與微波頻率f相對(duì)應(yīng)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期，經(jīng)過(guò)距離mp的傳輸(m為正整數(shù)，p為帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期)，兩部分波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)奈⒉óa(chǎn)生180度相位差，頻率為f的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式。

若頻率f1的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mp1，頻率f2的微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mp2，頻率fn的高功率微波由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式需要經(jīng)過(guò)傳輸?shù)木嚯x為mpn(n＝1，2，3，……)，其中頻率的數(shù)值關(guān)系滿(mǎn)足：f1＜f2＜……＜fn，其對(duì)應(yīng)的盤(pán)荷波導(dǎo)周期關(guān)系為：p1＞p2＞……＞pn，則可按照f(shuō)1，f2，……，fn的順序，通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻率的微波依次由tem模式轉(zhuǎn)換為te11模式。帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)的周期可均勻調(diào)節(jié)，并通過(guò)外控裝置實(shí)現(xiàn)帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期為p1、p2、……、pn的變化。

盤(pán)荷波導(dǎo)片設(shè)置連接有具有螺紋結(jié)構(gòu)的連接端，并且盤(pán)荷波導(dǎo)片通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)與具有等差螺紋距的螺桿進(jìn)行連接，螺桿穿過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)并套在螺紋結(jié)構(gòu)內(nèi)，帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期通過(guò)改變其對(duì)應(yīng)的相鄰兩盤(pán)荷波導(dǎo)片之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。螺桿可以徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，但是不能軸向運(yùn)動(dòng)，螺桿徑向轉(zhuǎn)動(dòng)使與其連接的各帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)片在各自軸向上移動(dòng)相應(yīng)的距離。螺桿其螺紋距分別為m、2m、3m、…、nm(m為相鄰兩個(gè)螺紋之間的距離)，各帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)片與其相連接的螺桿相對(duì)應(yīng)一致。

根據(jù)模式轉(zhuǎn)換頻率的需要，將螺桿旋轉(zhuǎn)一定角度θ(單位：弧度)，每個(gè)盤(pán)荷波導(dǎo)片在各自軸向移動(dòng)距離為分別為θ·m、2θ·m、3θ·m、…、nθ·m，即使得盤(pán)荷波導(dǎo)片各自軸向移動(dòng)距離為l、2l、3l、…、nl(l＝θ·m)，這樣盤(pán)荷波導(dǎo)片之間的距離由d轉(zhuǎn)變?yōu)閐±l，對(duì)應(yīng)的帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期長(zhǎng)度由p變?yōu)閜±l，這樣帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期實(shí)現(xiàn)均勻調(diào)節(jié)。

假定頻率為f1的tem模式微波在真空同軸圓波導(dǎo)中傳播，然后經(jīng)一均分波導(dǎo)的金屬平板，頻率為f1的tem模式微波一半在帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)內(nèi)傳輸，另外一半繼續(xù)在180度扇形同軸圓波導(dǎo)內(nèi)傳輸，由于微波在兩部分中傳播的相速不同，經(jīng)過(guò)傳輸距離mp1，分別在帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)及180度扇形同軸波導(dǎo)中傳輸?shù)膖em模式微波產(chǎn)生180度相位差，則頻率為f1的tem模式高功率微波在模式轉(zhuǎn)換器輸出端口轉(zhuǎn)換為te11模式。

改變帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期，使其周期為p2，頻率為f2的tem模式微波經(jīng)過(guò)傳輸距離mp2，分別在帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)及180度扇形同軸波導(dǎo)中傳輸?shù)膖em模式微波產(chǎn)生180度相位差，則頻率為f2的tem模式高功率微波在模式轉(zhuǎn)換器輸出端口轉(zhuǎn)換為te11模式。

繼續(xù)改變帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)周期，使其周期為pn，頻率為fn的tem模式微波經(jīng)過(guò)傳輸距離mpn，分別在帶中心孔盤(pán)荷波導(dǎo)及180度扇形同軸波導(dǎo)中傳輸?shù)膖em模式微波產(chǎn)生180度相位差，則頻率為fn的tem模式高功率微波在模式轉(zhuǎn)換器輸出端口轉(zhuǎn)換為te11模式。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。