大功率毫米波宽带准光模式变换关键技术研究

发布时间：2023-04-02 04:44

　　随着雷达与制导、电子对抗、可控核聚变、微波生物学、材料制造等技术和应用的快速发展,毫米波频段(30GHz-300GHz)逐渐成为科研和军事领域争夺的热点,目前主要的发展趋势是高频率和高功率。目前,基于电子回旋谐振受激辐射理论的回旋行波管在增益、带宽、功率等指标上相对于其他大功率信号源有着明显的优势,技术已经相对成熟并开始走向实用。然而回旋行波管的输出模式不适合直接使用,必须将其转化为更适合空间传播的类高斯模式;另一方面,进入毫米波频段以后,由于尺寸共度的问题,基模波导有着巨大的欧姆损耗且功率容量受到限制,不适合大功率毫米波的传输。因此基于过模波导的准光模式变换被提出。在过模波导结构中,任何微小的边界扰动都会激励起寄生模式,造成效率的下降,同时寄生模式也会干扰后级系统的工作;此外,在过模情况下,仿真软件计算缓慢,不适合用来设计过模器件,一般仅作为结果验证使用。本论文主要基于耦合波理论,研究波导边界条件的扰动造成波束的改变,编写程序实现宽带过模波导模式变换器的快速设计与优化。本文集中讨论了适用于大功率毫米波传输链路的宽带准光模式变换技术,用以将回旋行波管输出的大功率毫米波信号转换成适合天线...

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 大功率准光模式变换的研究
        1.2.1 镜面准光技术
        1.2.2 过模波导准光技术
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 耦合波理论
    2.1 轴线渐变的圆波导耦合波方程
    2.2 轴线渐变的椭圆波导耦合方程
    2.3 轴线渐变的不规则波导耦合方程
    2.4 口径渐变波导的耦合方程
    2.5 本章小结
第三章 宽带过模波导弯头
    3.1 椭圆波导模式耦合特性分析
    3.2 过模椭圆波导弯头
        3.3.1 椭圆波导弯头设计
        3.3.2 TE₀₁模式激励器的设计
        3.3.3 椭圆波导弯头测试
    3.3 双频双模波导弯头
        3.3.1 双频双模波导弯头的理论分析
        3.3.2 双频双模波导弯头的设计
        3.3.3 双频双模波导弯头加工测试
    3.4 本章小结
第四章 简并模式变换的研究
    4.1 简并模式耦合特性分析
    4.2 两种90度TE₀₁-TM₁₁模式变换器
        4.2.1 相位重匹配结构靠近输出端
        4.2.2 相位重匹配结构靠近输入端
        4.2.3 加工及测试
    4.3 TE₀₁-TM₁₁模式变换器的带宽拓展研究
        4.3.1 波导轴线曲率分布的分析与优化
        4.3.2 轴线优化的TE₀₁-TM₁₁模式变换器测试
    4.4 本章小结
第五章 宽带非简并模式变换的研究
    5.1 迭代算法
    5.2 宽带TE₀₁-TE₁₁模式变换器
        5.2.1 多频迭代算法
        5.2.2 宽带TE₀₁-TE₁₁模式变换器的设计
        5.2.3 宽带TE₀₁-TE₁₁模式变换器的测试
    5.3 迭代算法共轴控制
        5.3.1 迭代算法共轴控制
        5.3.2 W波段共轴TE₀₁-TE₁₁模式变换器的设计
        5.3.3 W波段共轴TE₀₁-TE₁₁模式变换器测试
    5.4 本章小结
第六章 宽带大功率馈源
    6.1 口径面场分布法
    6.2 宽带过模光滑馈源喇叭的设计
    6.3 喇叭测试
    6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3778561