CN107591592B - 矩形波导te10模到圆波导te21模宽带模式变换器 - Google Patents

矩形波导te10模到圆波导te21模宽带模式变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，属于微波、毫米波器件技术领域。该模式变换器包括依次连接且内壁光滑过渡的标准矩形波导‑T型波导渐变段、T型波导、T型波导‑第二矩形波导渐变段、第二矩形波导、第二矩形波导‑十字型波导渐变段、十字型波导、十字型波导‑圆波导渐变段、以及圆波导。通过改变腔体形状，从而改变约束电磁波在波导中传播时的边界条件，并借助矩形波导的TE20模和十字波导的TE22模两个中转模式的方案，实现线性渐变结构的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器的40％相对宽带、大于98％的高效率变换。

Description

矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器
技术领域
本发明属于微波、毫米波器件技术领域，具体涉及一种新型宽频带波导模式变换器。
背景技术
矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器是一种广泛应用于卫星通讯、星载雷达、微波测量、微波功率合成等领域的微波无源器件。传统的矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器主要采用多孔耦合的结构和同轴腔耦合的结构。其中多孔耦合的结构是将标准矩形波导与圆波导的轴向平行放置，矩形波导的一个窄边与圆波导的外侧共面，在矩形波导与圆波导的外侧共面的这个窄边中心线上开一排特定分布的小孔，通过控制这些小孔的孔半径、厚度以及孔与孔的间距，可以将矩形波导中的TE10模的大部分能量耦合到圆波导中形成TE21模。同轴腔耦合的结构是先将矩形波导的TE10模式转换成同轴谐振腔的TE411模式，(其中矩形波导与同轴谐振腔的相对位置是矩形波导的轴向垂直于同轴谐振腔的轴向)，然后再通过四条矩形耦合缝，将同轴谐振腔的TE411模式转换圆波导中的TE21模式(其中同轴谐振腔与圆波导的相对位置是同轴谐振腔的轴向平行于圆波导的轴向，圆波导在同轴谐振腔内部，四条耦合缝开在圆波导与同轴谐振腔的公共面上)。但是以上提到的传统结构的矩形波导TE10到圆波导TE21模式变换器存在模式转换效率低(带内一般模式转换效率低于95％)和频带较窄(相对带宽小于20％)的缺点。
发明内容
为了克服传统的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器的转换效率较低以及频带较窄的问题，本发明提出一种新型线性渐变结构的矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器。
本发明技术方案：
一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，包括依次连接且内壁光滑线性过渡的标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段、第二矩形波导、第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导、十字型波导-圆波导渐变段、以及圆波导。进一步地，所述T型波导是由两个前级输入标准矩形波导相垂直构成。
进一步地，所述第二矩形波导宽边是前级输入标准矩形波导宽边的2倍且与其互相垂直。
进一步地，所述T型波导、第二矩形波导、以及十字型波导的长度为1/4工作波长。
进一步地，所述十字型波导的两臂长度与第二矩形波导的宽边长度相同。
进一步地，所述圆波导的半径大于工作模式的截止半径。
进一步地，所述标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段的总长度为工作波长的5-7倍。
进一步地，所述第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导-圆波导渐变段的长度为工作波长的5-7倍。
本新型矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器是通过改变金属波导内腔形状，从而改变约束电磁波在波导中传播时的边界条件，并借助矩形波导的TE20模和十字型波导的TE22模两个中转模式，实现矩形波导TE10模到圆波导TE21模的模式变换。前级输入标准矩形波导先线性渐变到T型波导，再由T型波导线性渐变到第二矩形波导，实现从标准矩形波导的TE10模到第二矩形波导的TE20模的转换；然后第二矩形波导线性渐变到十字型波导，实现第二矩形波导的TE20模到十字型波导的TE22模的转换；最终十字型波导线性渐变到圆波导，实现从十字型波导的TE22模到圆波导的TE21模转换。
本发明具有以下优点：
1、工作频带宽，相对带宽达到40％以上，远大于传统的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器。
2、转换模式纯度高，工作频带内的模式转换效率大于98％，远高于传统的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器。
3、每个模式变换段均为线性渐变，因此该模式变换器结构简单，便于加工。
附图说明
图1矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器的腔体结构示意图；
图2矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器的腔体结构俯视图；
图3矩形波导TE10模到TE20模宽带模式变换器的腔体结构正视图；
图4矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器的传输参数(S21参数)与工作频率(Ka波段)的关系图；
图5矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器的反射参数(S11参数)与工作频率(Ka波段)的关系图；
附图标注说明：1表示标准矩形波导输入端口；2表示标准矩形波导-T型波导渐变段；3表示T型波导；4表示T型波导-第二矩形波导渐变段；5表示第二矩形波导；6表示第二矩形波导-十字型波导渐变段；7表示十字型波导；8表示十字型波导-圆波导渐变段；9表示圆波导；10表示圆波导输出端口。
具体实施方式
下面结合一个工作在Ka波段的矩形波导TE10模到圆波导TE21模模式变换器的设计实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：
1：根据工作频段确定中心频率点的工作波长；根据工作频段内低端频段处工作波长确定圆波导低端频点工作模式的截止半径：
a：工作频率在Ka波段(从26.5GHz到40.0GHz)，中心频率为33.25GHz，电磁波在中心频率点的工作波长由公式(1)计算，为9毫米；
Figure BDA0001390782330000031
b：低端频点为26.5GHz，其TE21模的截止半径Rc由公式(2)计算，为5.5毫米。
Figure BDA0001390782330000032
其中，Rc为截止半径，Umn为贝塞尔函数或其导数的根，C为真空中的光速，f0为工作频段的中心频率。
2：标准矩形波导的主模TE10模到第二矩形波导TE20模的转换。
a、标准矩形波导的横截面尺寸确定
由于工作频率在Ka波段，我们选取的标准矩形波导的横截面尺寸为：BJ320(国标)/WR28(国际标准)波导，其宽边为7.112毫米、窄边为3.556毫米。
b、T形波导的横截面尺寸确定
根据标准矩形波导的横截面尺寸确定T形波导的横截面尺寸：水平部分的横截面的尺寸为：7.112×3.556毫米，垂直部分横截面的尺寸为：3.556×3.556毫米。
c、第二矩形波导的横截面尺寸确定
第二矩形波导的宽边是标准矩形波导两倍，窄边与标准矩形波导的窄边相同，则其宽边为14.224毫米、窄边为3.556毫米。
d、各个变换段和过渡段长度的确定
标准矩形波导-T型波导渐变段的长度为30毫米，T型波导的长度为3.2毫米，T型波导-第二矩形波导渐变段的长度为40毫米，第二矩形波导的长度为3.2毫米。
3：第二矩形波导TE20模到十字型波导TE22模的转换。
a、十字波导的横截面尺寸确定
十字型波导的两臂尺寸与传播TE20模的第二矩形波导的尺寸相同，所以十字波导的两臂的宽边为14.224毫米、窄边为3.556毫米。
b、模式变换段长度的确定
第二矩形波导-十字型波导渐变段的长度为中心频率点工作波长的5-7倍，取50毫米，十字波导TE22模匹配过渡段长度为3.2毫米。
4：十字型波导TE22模到圆波导TE21模的转换。
a、圆波导横截面尺寸确定
圆波导的半径要大于低端频点工作模式的截止半径，由于低端频点26.5GHz处TE21模的截止半径为5.5毫米，本实例圆波导的半径选择为6.5毫米。
b、模式变换段长度的确定
十字型波导-圆波导渐变段的长度为中心频率点工作波长的5-7倍，取50毫米，圆波导的长度为5毫米。
经以上步骤就可以完成Ka波段的矩形波导TE10模到TE21模宽带模式变换器设计，然后在HFSS高频仿真软件上建立3维模型进行仿真验证。
如图4所示，在26.5GHz到40GHz的频率范围内，本实施例模式变换器的TE10到TE21的传输参数在-0.085dB以上。
如图5所示，在26.5GHz到40GHz的频率范围内，本实施例模式变换器的TE10模的反射参数在-25dB以下。

Claims (5)

1.一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，包括依次连接且内壁光滑线性过渡的标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段、第二矩形波导、第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导、十字型波导-圆波导渐变段、以及圆波导；所述标准矩形波导-T型波导渐变段的输入端连接前级输入标准矩形波导；所述T型波导是由两个前级输入标准矩形波导相垂直构成；所述第二矩形波导宽边是前级输入标准矩形波导宽边的2倍，且第二矩形波导宽边与前级输入标准矩形波导宽边互相垂直；所述十字型波导的两臂长度与第二矩形波导的宽边长度相同。
2.如权利要求1所述的一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，其特征在于：所述T型波导、第二矩形波导、以及十字型波导的长度为1/4工作波长。
3.如权利要求1所述的一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，其特征在于：所述圆波导的半径大于工作模式的截止半径。
4.如权利要求1所述的一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，其特征在于：所述标准矩形波导-T型波导渐变段、T型波导、T型波导-第二矩形波导渐变段的总长度为工作波长的5-7倍。
5.如权利要求1所述的一种矩形波导TE10模到圆波导TE21模宽带模式变换器，其特征在于：所述第二矩形波导-十字型波导渐变段、十字型波导-圆波导渐变段的长度为工作波长的5-7倍。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110649353A (zh) * 2019-11-04 2020-01-03 南京屹信航天科技有限公司 一种波导模式转换器
CN110931920A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te02模模式变换器
CN115832650B (zh) * 2022-11-30 2024-04-05 电子科技大学 一种高功率微波低损耗稳态模式转换装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007061683A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-31 Northrop Grumman Space & Mission Systems Corporation Rectangular-to-circular mode power combiner/divider
CN204391227U (zh) * 2014-11-24 2015-06-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种实用的k波段矩形te10-圆波导te01模式转换结构
CN105206899A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 电子科技大学 X波段tm01-te11模式变换器
CN105826639A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 电子科技大学 一种矩形波导te10模到te20模宽带模式变换器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201340457A (zh) * 2012-03-27 2013-10-01 Nat Univ Tsing Hua 操作於ｔｅ系列模式電磁波之多通道模式轉換器以及旋轉接頭

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007061683A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-31 Northrop Grumman Space & Mission Systems Corporation Rectangular-to-circular mode power combiner/divider
CN204391227U (zh) * 2014-11-24 2015-06-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种实用的k波段矩形te10-圆波导te01模式转换结构
CN105206899A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 电子科技大学 X波段tm01-te11模式变换器
CN105826639A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 电子科技大学 一种矩形波导te10模到te20模宽带模式变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ka波段TE10-TE01宽带模式变换器的设计;徐勇 等;《真空科学与技术学报》;20130430;第33卷(第4期);第309页右栏-310页右栏，311页右栏-313页右栏及图1-12 *

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