一种圆波导TM01-极化可调TE11模式转换器的制作方法

本发明属于强电磁脉冲传输与发射
技术领域：
，具体涉及一种圆波导tm01-极化可调te11模式转换器。
背景技术：
：强电磁脉冲在传输时，根据实际应用需求，经常需要采用不同形式的波导并进行相应的模式转换。在强电磁脉冲领域，圆波导传输模式通常为旋转对称模式tm0n模，而最常见的是tm01模。这些模式如果直接辐射，则具有波束不集中，能量分散，增益低等不足，所以需要将这些模式转换为能量较为集中、指向性较强的模式如te11模，再经过天线进行辐射。因此，国内外研究人员提出了不同种类的模式转换器来实现圆波导tm01模到te11模的模式转换。典型的模式转换器有双弯曲型圆波导tm01-te11模式转换器，三弯曲型圆波导tm01-te11模式转换器，及十字型圆波导tm01-te11模式转换器等。这些模式转换器技术成熟，转换效率高，但无一例外的都只能输出一个极化方向的微波，或只能通过机械的调节模式转换器的方位角度来改变输出微波的极化方向，或只能实现圆极化te11模输出。而在强电磁脉冲应用领域，通常需要产生水平极化、垂直极化以及圆极化te11模三种不同极化方式的强电磁脉冲辐射场，因此，现有的这些模式转换器均无法满足产生3种不同极化方式微波输出的应用需求。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是现有的模式转换器无法满足产生3种不同极化方式微波输出的应用需求。为解决上述技术问题，本发明提出一种圆波导tm01-极化可调te11模式转换器，包括圆波导分四路矩形波导、四个第一90°弯矩形波导、四个大功率波导可调移相器、四个第二90°度弯矩形波导和四路矩形波导合圆波导；圆波导分四路矩形波导包括圆波导和四个角向均匀分布的矩形波导，在与矩形波导连接的端面中心位置设有第一圆锥台，圆锥台楞倒圆角；圆波导分四路矩形波导将输入的圆波导tm01模均分成四路矩形波导te10模，圆波导分四路矩形波导的圆波导端口为输入端口，圆波导中输入模式为tm01模，矩形波导为工作频段的标准矩形波导，矩形波导中传输模式为te10模，第一圆锥台抵消圆波导分四路矩形波导不连续结构产生的反射，使圆波导tm01模高效的转换成矩形波导te10模，圆锥台楞倒圆角减小场增强效应，提高功率容量；四个第一90°弯矩形波导的输入端分别与圆波导分四路矩形波导的四路矩形波导输出端连接，第一90°弯矩形波导2为标准矩形波导弯90°，传输模式为te10模；四个大功率波导可调移相器的输入端与四个第一90°弯矩形波导的输出端连接；大功率波导可调移相器调节四路矩形波导中te10模的相位，输入端口和输出端口为标准矩形波导；四个第二90°弯矩形波导的输入端分别与四个大功率波导可调移相器的输出端连接，第二90°弯矩形波导为标准矩形波导弯90°，传输模式为te10模，用于高效率传输te10模；四路矩形波导合圆波导包括四个角向均匀分布的矩形波导和圆波导，在与矩形波导连接的端面中心位置设有第二圆锥台，圆锥台楞倒圆角，第一圆锥台和第二圆锥台尺寸不一样；四路矩形波导合圆波导的4个矩形波导输入端与4个第二90°弯矩形波导的输出端连接，四路矩形波导合圆波导把移相后的四路矩形波导te10模合成圆波导te11模输出。进一步，四个大功率波导可调移相器的输入端与四个第一90°弯矩形波导的输出端连接；大功率波导可调移相器3调节四路矩形波导中te10模的相位，输入端口和输出端口为标准矩形波导，性能满足：在工作频率处，插入损耗<0.3db，移相范围0-360度。进一步，所述圆波导分四路矩形波导的圆波导半径r0满足条件0.383c/f＜r0＜0.879c/f，其中，c为光速，f为模式转换器的工作频率；圆波导长度为l1；4个矩形波导为工作频段标准矩形波导，4个矩形波导端口到圆波导轴线的距离为l2，l2>r0；第一圆锥台的底半径为rc1，顶半径为rc，圆锥台楞倒圆角半径为r1，第一圆锥台高度为h1，各参数满足关系：r1<rc<rc1<r0，h1<l1。进一步，所述四路矩形波导合圆波导的圆波导半径为r0，圆波导长度为l1；4个矩形波导为工作频段标准矩形波导，4个矩形波导端口到圆波导轴线的距离为l2，l2>r0；第二圆锥台的底半径为rd1，顶半径为rd，圆锥台楞倒圆角半径为r，第二圆锥台高度为h，各参数满足关系：r<rd<rd1<r0，h<l1。本发明的有益效果为：本发明圆波导tm01-极化可调te11模式转换器圆波导分四路矩形波导的圆波导为输入端口，输入模式为tm01模，四路矩形波导合圆波导的圆波导为输出端口，输出模式为水平极化、垂直极化或圆极化te11模。该模式转换器实现了圆波导tm01模到te11模的模式转换，且通过调节四路矩形波导中大功率波导可调移相器的相位可实现水平极化、垂直极化或圆极化te11模输出，即用一个模式转换器实现了圆波导tm01模到三种极化方式te11模的模式转换，方便于用来产生三种极化方式的强电磁脉冲辐射场。附图说明图1为本发明圆波导tm01-极化可调te11模式转换器示意图。图2为本发明圆波导tm01-极化可调te11模式转换器分解图。图3为本发明圆波导分四路矩形波导的结构示意图。图4为本发明圆波导分四路矩形波导的剖面图。图5为本发明四路矩形波导合圆波导的结构示意图。图6为本发明四路矩形波导合圆波导的剖面图。具体实施方式一种圆波导tm01-极化可调te11模式转换器，如图和图2所示，包括圆波导分四路矩形波导1、四个第一90°弯矩形波导2、四个大功率波导可调移相器3、四个第二90°度弯矩形波导4和四路矩形波导合圆波导5；如图3所示，圆波导分四路矩形波导1包括圆波导和四个角向均匀分布的矩形波导，在与矩形波导连接的端面中心位置设有第一圆锥台11，圆锥台楞倒圆角；圆波导分四路矩形波导将输入的圆波导tm01模均分成四路矩形波导te10模，圆波导分四路矩形波导1的圆波导端口为输入端口，圆波导中输入模式为tm01模，矩形波导中传输模式为te10模，第一圆锥台11抵消圆波导分四路矩形波导1不连续结构产生的反射，使圆波导tm01模高效的转换成矩形波导te10模，圆锥台楞倒圆角减小场增强效应，提高功率容量；如图4所示：所述圆波导分四路矩形波导1的圆波导半径r0满足条件0.383c/f＜r0＜0.879c/f，其中，c为光速，f为模式转换器的工作频率；圆波导长度为l1；4个矩形波导为工作频段标准矩形波导，4个矩形波导端口到圆波导轴线的距离为l2，l2>r0；圆锥台的底半径为rc1，顶半径为rc，圆锥台楞倒圆角半径为r1，圆锥台高度为h1，各参数满足关系：r1<rc<rc1<r0，h1<l1。四个第一90°弯矩形波导2的输入端分别与圆波导分四路矩形波导1的四路矩形波导输出端连接，第一90°弯矩形波导2为标准矩形波导弯90°，传输模式为te10模，其作用是高效率传输te10模，并改变te10模的传输方向；四个大功率波导可调移相器3的输入端与四个第一90°弯矩形波导2的输出端连接；大功率波导可调移相器3调节四路矩形波导中te10模的相位，输入端口和输出端口为标准矩形波导；性能满足：在工作频率处，插入损耗<0.3db，移相范围0-360度。四个第二90°弯矩形波导4的输入端分别与四个大功率波导可调移相器3的输出端连接，第二90°弯矩形波导4为标准矩形波导弯90°，传输模式为te10模，用于高效率传输te10模，并改变te10模的传输方向；如图5所示，四路矩形波导合圆波导5包括四个角向均匀分布的矩形波导和圆波导，在与矩形波导连接的端面中心位置设有第二圆锥台51，圆锥台楞倒圆角，第一圆锥台11和第二圆锥台51尺寸不一样；四路矩形波导合圆波导5的4个矩形波导输入端与4个第二90°弯矩形波导4的输出端连接，四路矩形波导合圆波导5把移相后的四路矩形波导te10模合成圆波导te11模输出。四路矩形波导为输入端口，矩形波导中传输te10模，圆波导为输出端口，圆波导中传输水平极化、垂直极化或圆极化te11模。第二圆锥台51的作用是抵消四路矩形波导合圆波导5不连续结构产生的反射，使矩形波导te10模高效的合成为圆波导te11模，圆锥台楞倒圆角的目的是为了减小场增强效应，提高功率容量。如图6所示：所述四路矩形波导合圆波导5的圆波导半径为r0，圆波导长度为l1；4个矩形波导为工作频段标准矩形波导，4个矩形波导端口到圆波导轴线的距离为l2，l2>r0；第二圆锥台51的底半径为rd1，顶半径为rd，圆锥台楞倒圆角半径为r，圆锥台高度为h，各参数满足关系：r<rd<rd1<r0，h<l1。模式转换器在使用时，给4个分支矩形波导通道编号，按相邻顺序依次为通道1、通道2、通道3、通道4，固定模式转换器时，圆波导轴线平行于水平面，通道1分支矩形波导位于水平面上方，且其径向方向与水平面呈45度夹角，通道2分支矩形波导位于水平面下方，且其径向方向与水平面呈-45度夹角。该模式转换器在工作时，从圆波导分四路矩形波导1的圆波导输入tm01模微波脉冲，通过圆波导分四路矩形波导1分成四路矩形波导te10模，经第一90°弯矩形波导2传输，经大功率波导可调移相器3调节te10模的相位后，经第二90°弯矩形波导4传输后再从四路矩形波导合圆波导5的4个矩形波导端口输入，最后经四路矩形波导合圆波导5合成圆波导te11模，并从圆波导端口输出。该模式转换器的基本原理为：该模式转换器先将圆波导tm01模分四路矩形波导te10模，在分支矩形波导中各加一个大功率波导可调移相器，通过移相器调节相位后，再把4个分支矩形波导合成圆波导输出，当相对的两个移相器相位相差180度时，相对两支路矩形波导te10模将合成为圆波导te11模，最终两个互相垂直的圆波导te11模合成一个与分支矩形波导呈45度的线极化te11模输出(水平极化或垂直极化)，而当4个移相器的相位依次相差90度时，可实现圆极化te11模输出。本发明可实现用一个模式转换器产生水平极化、垂直极化以及圆极化三种极化方式的te11模式转换，方便产生3种不同极化方式的强电磁脉冲辐射场。通过调节4个大功率波导可调移相器3的相位，可实现水平极化、垂直极化以及圆极化te11模式输出。模式转换器工作时，从圆波导分四路矩形波导1的圆波导端口输入tm01模微波脉冲，当通道2和通道3移相器的相位一样，通道1和通道4移相器的相位一样，且通道1和通道4移相器的相位与通道2和通道3移相器的相位相差180度时，输出模式为垂直极化te11模；当通道1和通道2移相器的相位一样，通道3和通道4移相器的相位一样，且通道3和通道4移相器的相位与通道1和通道2移相器的相位相差180度时，输出模式为水平极化te11模；当4个模式转换器移相器的相位依次相差为90度时，输出模式为圆极化te11模。下表所示为输出极化方式的三种典型的调节方案。本发明的一个圆波导tm01-极化可调te11模式转换器实施例，其工作频率为9.3ghz，矩形波导采用x波段标准矩形波导bj100，宽边长度a＝22.86mm，窄边长度b＝10.16mm；其它主要结构参数如下表所示。结构参数l1l2r0rcrc1r1h1rdrd1rh尺寸(mm)303014392163828当前第1页12