CN117174554A - 一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，包括单共焦波导辐射器、高斯变换镜和横向准抛物面反射镜。本发明可以实现输出准高斯波束，同时实现准光模式变换器最终横向输出准高斯波束，达到准光模式变换器输出特定方向且适合自由空间传输的准高斯光束。
Description
技术领域
本发明属于真空电子学技术领域，具体涉及一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器。
背景技术
回旋行波管采用光滑波导作为互作用结构，同时具有了宽频带和大功率的特性，在电子对抗以及遥感通信等领域具有十分广阔的应用前景。随着回旋行波管向高频段发展，由于尺寸共度效应，在低阶模式工作时的高频结构截面尺寸会逐渐减小，进而导致器件的功率容量逐渐下降，因此发展具备高阶模工作能力的高频结构是回旋行波管向高频段扩展的重要途径。
采用单共焦波导作为回旋行波管的高频结构解决了这一问题。一方面，单共焦波导的模式密度并不会随模式阶数的提升而增大，相同波导的截面尺寸下，单共焦波导的模式密度会远低于圆波导；另一方面，单共焦波导作为一种横向开敞的波导结构，其自身的衍射损耗特性可以抑制低阶得寄生模式，保证了回旋行波管可以在高阶模式状态下稳定工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，利用几何光学中高斯波束变换理论以及ABCD定律，对规则反射镜面进行了结构设计，将共焦波导TE06模变换为高斯波束；利用准抛物柱面反射镜的聚焦特性将变换后的高斯波束进行聚焦，最终在输出窗实现横向输出。
为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：
本发明的共焦波导准光模式变换器装置包括单共焦波导辐射器、高斯变换镜和横向准抛物面反射镜。其中：
一个有矩形切口的单共焦波导辐射器，用于尽可能减少模式畸变，并将高斯波束辐射到自由空间；
一个高斯变换镜，用于对辐射器射出的高斯波束进行聚焦，并按特定方向反射；
一个横向准抛物面反射镜，用于聚焦和横向输出高斯波束，并使高斯波束在输出窗处满足能量集中的要求。
所述的反射镜面尺寸大于高斯波束的横截面，以保证高斯波束被全部反射。
所述的输出窗为矩形，输出窗长为20mm，宽为20mm，在距横向准抛物面反射镜中心20mm处。
所述的准光模式变换器的工作模式为TE06模式。
本发明的有益效果是：
(1)本发明设计一个有矩形切口的单共焦波导辐射器，尽可能减少传输过程中以及反射过程中模式的畸变，辐射出能量集中，方向性好的高斯波束；
(2)本发明设计了合理的反射镜面结构，使得高斯波束在输出窗处满足能量集中的要求，减少电磁波在传输过程中的能量损耗；
(3)本发明能够实现准光模式变换器最终横向输出准高斯波束。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器结构示意图；
图2为准光模式变换器电场分布仿真图；
图3为输出窗上的电场分布仿真图；
附图标记：1.单共焦波导辐射器；2.高斯变换镜；3.横向准抛物面反射镜；4.输出窗。
实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，如图1所示，一个有矩形切口的单共焦辐射器1，用于将共焦波导内的高斯波束按布里渊角辐射到自由空间；
一个高斯变换镜2，用于对辐射器射出的高斯波束进行聚焦，并按特定方向反射；
一个横向准抛物面反射镜3，用于聚焦和横向输出高斯波束，并使高斯波束在输出窗处满足能量集中的要求；
一个输出窗4，用于收集和检测输出高斯波束。
本实施例中，装置设定的工作模式为TE06模式，工作频率为220GHz，采用半径为5.1mm，长度为2mm的共焦波导作为主要结构。
高斯变换镜2和横向准抛物面反射镜3,空间位置均处于高斯波束的传播路径。反射镜镜面尺寸大于高斯波束的横截面，以保证高斯波束被全部反射。本实施例中，高斯变换镜2尺寸为16×16mm，横向曲率半径为32.43mm，纵向曲率半径为160.16mm；横向准抛物面反射镜3的尺寸为16×16mm，横向曲率半径为55.32mm，向曲率半径为57.63mm。
综上可见，本发明提供的一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，在输出高质量准高斯波束的同时实现了横向输出。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，其特征在于，包括单共焦波导辐射器、高斯变换镜和横向准抛物面反射镜。
2.所述单共焦波导辐射器，用于辐射共焦波导传输的高斯波束；
所述高斯变换镜，用于汇聚自由空间中的被辐射的高斯波束，聚焦后反射；
所述横向准抛物面反射镜，用于收集高斯变换镜反射的高斯波束并实现横向输出准高斯波束；利用几何光学中高斯波束变换理论以及ABCD定律，对规则反射镜面进行了结构设计，将共焦波导TE06模变换为准高斯光束；利用反射镜的聚焦特性将变换后的高斯波束进行聚焦，最终实现横向输出。
3.根据权利要求1所述一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，其特征在于，所述单共焦波导辐射器是在单共焦波导的基础上直接延长下镜面一段距离，构成矩形切口，用于辐射高斯波束。
4.根据权利要求1所述一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，其特征在于，所述高斯变换镜用于对辐射器射出的高斯波束进行聚焦，所述的反射镜面尺寸大于高斯波束的横截面，以保证高斯波束被全部反射。
5.根据权利要求1所述一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，其特征在于，所述横向准抛物面反射镜，用于聚焦和横向输出高斯波束，并使高斯波束在输出窗处满足能量集中的要求。
6.根据权利要求1所述一种用于单共焦结构太赫兹回旋行波管的准光模式变换器，其特征在于：最终横向输出准高斯波束。
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