技术领域
[0001] 本
发明属于
微波技术领域，具体涉及一种用于回旋行波管高频输出的抑制器。
背景技术
[0002]
回旋管是利用
电子相对论效应产生的相对论
角向群聚达成电子注与高频场换能的器件，是基于电子回旋脉塞的高功率毫米波
放大器，它能够在毫米波
频率范围内产生高脉冲功率和高
平均功率，因此在高
分辨率成像雷达、电子对抗、保密卫星通信等方面有着很广阔的应用前景。然而，回旋管往往存在输出模式不纯的问题，过模输出
波导的使用又会导致这种不纯加剧的可能，比如工作在TE01模的回旋管，在输出微波中经常会存在有少量TE02寄生模。这种寄生模的存在，不仅会导致将输出模式转换成天线
辐射所需要的线性模式时的效率降低，而且还会引起天线系统反射的增加，传输元件设计的困难。
发明内容
[0003] 针对
现有技术，本发明提供的用于回旋行波管高频输出的抑制器解决现有高功率微波源存在输出模式不纯的问题。
[0004] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] 提供一种用于回旋行波管高频输出的抑制器，其包括主波导和至少一根分布于主波导轴向上的副波导，主波导和副波导的材质均为金属，且主波导中的寄生模
相位与副波导中的工作模式相位相等；副波导两端的管口均设置有用于吸收从主波导中耦合进入副波导中的寄生模功率的吸波塞体；副波导与主波导共有的连接面上等间距地开设有若干将主波导内腔和副波导内腔连通的耦合孔；
[0006] 位于同一轴线上相邻两个耦合孔的间距d为：
[0007]
[0008] 其中，d为同一轴线上相邻两个耦合孔的间距；λg1为主波导中传输模式的波导
波长，λg2为副波导中传输模式的波导波长；d+/d-分别为主波导中传输模式向正/负方向传播时同一轴线上相邻两个耦合孔的间距。
[0009] 本发明的有益效果为：本方案通过i的选择，将波导中传输模式向正方向传播时同一轴线上相邻两个耦合孔的间距d+等于主波导中传输模式向正/负方向传播时同一轴线上相邻两个耦合孔的间距d-时作为同一轴线上相邻两个耦合孔的间距d，通过这种方式可以保证主波导中的工作模式不被耦合至副波导中；再结合主波导中的寄生模相位与副波导中的工作模式相位相等，可以保证主波导中传输的寄生模大部分甚至全部被耦合到副波导中，而主波导中的工作模式不被耦合出去。
[0010] 耦合出去的寄生模的功率可以通过副波导两端管口中的吸波塞体进行吸收，以有效减小寄生模的含量，保证工作模式的高效率传输，根据实际工程需要控制主波导中工作模式的纯度，保证回旋行波管高性能地稳定工作。
附图说明
[0011] 图1为用于回旋行波管高频输出的抑制器具有6个副波导和30个矩形耦合孔的结构示意图。
[0012] 图2为用于回旋行波管高频输出的抑制器的剖视图。
[0013] 图3为抑制器沿器耦合孔处的剖面示意图。
[0014] 图4为单孔TE02模的耦合度随耦合孔厚度t的变化示意图。
[0015] 图5为单孔TE02模的耦合度随耦合孔纵向长度Z的变化示意图。
[0016] 图6为TE02模式抑制器中TE02模在正负传输方向的耦合度。
[0017] 图7为TE02模式抑制器中TE02模式输出功率耦合比。
[0018] 图8为TE02模式抑制器中TE01模的传输参数和反射参数示意图。
[0019] 其中，1、副波导；2、主波导；3、耦合孔；4、吸波塞体；a、副波导长边；b、副波导窄边。
具体实施方式
[0020] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于
本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的
权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0021] 参考图1至图3所示，图1示出了用于回旋行波管高频输出的抑制器具有6个副波导1和30个矩形耦合孔的结构示意图；图2示出了用于回旋行波管高频输出的抑制器的剖视图；图3示出了抑制器沿耦合孔3处的剖面示意图。
[0022] 如图1至图3所示，该用于回旋行波管高频输出的抑制器包括主波导2和至少一根分布于主波导2轴向上的副波导1，主波导2为金属圆波导，副波导1为金属矩形波导。为了增强主波导2中寄生模被耦合到副波导1中的耦合量，在同一主波导2上沿圆周可设置多个相同的副波导1。
[0023] 本方案设计时，将主波导2中的寄生模相位设计成与副波导1中的工作模式相位相等，这样可以保证主波导2中的寄生模能够被耦合至副波导1中。
[0024] 如图1和图2所示，副波导1两端的管口均设置有用于吸收从主波导2中耦合进入副波导1中的寄生模功率的吸波塞体4；其中吸波塞体4采用吸波材料制成，为了保证寄生模功率的快速吸收，本方案优选吸波材料为
碳化
硅、
氧化铍或氮化
铝。
[0025] 副波导1与主波导2共有的连接面上等间距地开设有若干将主波导2内腔和副波导1内腔连通的耦合孔3，耦合孔3用于将主波导2中的寄生模耦合至副波导1中；实施时，优选耦合孔3为矩形耦合孔。
[0026] 当主波导2、副波导1之间存在N＝2n个耦合孔3时，在耦合孔3间距相等、大小相同±的情况下，N个耦合孔3的总耦合度A 可表示为：
[0027]
[0028] 式中，
[0029]
[0030] 其中，上标“+”代表波的传播正方向，“-”号表示波的传播反方向，β1、β2分别为主波导2、副波导1中波的相位常数，a±为单个耦合孔3的耦合强度，d为同一轴线上相邻两个耦合孔3的间距。
[0031] 当 时，A±＝|Na±|，在副波导1中由每个耦合孔3激励起的波将会同相
叠加，耦合获得最大强度。
[0032] 当 时，A±＝0，由N个耦合孔3在副波导1中激励起的波都将相互反相抵消，耦合不会发生。
[0033] 当主波导2中的传输模式不被耦合至副波导1中，且主波导2中全部寄生模均能够被耦合至副波导1中时，位于同一轴线上相邻两个耦合孔3的间距d为：
[0034]
[0035] 其中，d为同一轴线上相邻两个耦合孔3的间距；λg1为主波导2中传输模式的波导波长，λg2为副波导1中传输模式的波导波长；d+/d-分别为主波
导管2中传输模式向正/负方向传播时同一轴线上相邻两个耦合孔3的间距。
[0036] 如图2和3所示，实施时，本方案优选主波导2上均匀分布有偶数根副波导1，且每根副波导1所在主波导2直径的另一侧均具有一根与其呈轴对称的副波导1。
[0037] 如图1所示，本方案优选主波导2上均布有6根副波导1，位于同一根副波导1中的连接面上等间距地设置有30个耦合孔3。本方案通过副波导1和耦合孔3个数的独特设置，再结合相邻两个耦合孔3的间距，可以在主波导2中传输模式呈正方向传输时，将主波导2中的寄生模全部耦合至副波导1中去，之后再通过副波导1两端管口处的吸波塞体4对寄生模的功率进行吸收。
[0038] 当主波导2中的寄生模相位与副波导1的传输模式相位相等时，副波导内
侧壁宽度为：
[0039]
[0040] 其中，w为副波导长边a宽度；R为主波导管2的直径；μmn为第m阶贝塞尔函数为零的第n个根。
[0041] 当主波导2中的寄生模相位与副波导1的传输模式相位相等时计算出的副波导长边a宽度，可以使主波导2中的寄生模被耦合到副波导1中去的幅度达到最大值。
[0042] 如图4和图5所示，通过仿真发现，单个矩形耦合孔的耦合量会随着其厚度(深度)的增加逐渐降低，随着矩形耦合孔纵向长度Z的增加逐渐增大。故在本发明的一个
实施例中，耦合孔3的厚度优选为0.2mm-0.5mm，矩形耦合孔纵向长度优选为1.8mm-2.4mm。
[0043] 耦合孔3的厚度和孔纵向长度Z尺寸的选择，可以避免主波导2中的工作模式被耦合至副波导1中，同时可以保证主波导2中寄生模式被耦合到副波导1中的耦合量越大。
[0044] 本发明中的耦合孔3采用等孔等间距的设计方式，结构简单易加工，能有效控制抑制器中寄生模的传输量，抑制寄生模反射，实现有用
信号的有效传输；同时，具有多个耦合臂的设计大大提高了寄生模式被耦合到副波导1中总耦合度，在保证工作模式高效输出的同时达到了寄生模被有效抑制的目地。
[0045] 下面结合具体实施例对本方案抑制器中各个部件尺寸选择进行说明：
[0046] 在主波导2内传播以TE01模式为工作模式同时夹杂有TE02模式(寄生模)的波，工作频段为33.5GHz—36GHz。根据回旋管输出圆波导的尺寸，得到主波导2的内半径为11.96mm，副波导1中要满足TE10模单模传输，又因TE10模的相位仅与副波导长边a尺寸有关，而与副波导窄边b尺寸无关，故可以选用对应设计频段的标准矩形波导BJ320的窄边作为副波导窄边b宽度，即副波导窄边b宽度为3.556mm，而副波导长边a可以基于TE10模的相位与TE02模式的相位相等的原则得到 在主、副波导尺寸及模式确定后，计算得到d＝10.67mm。
[0047] 基于上述计算得到主波导2和副波导1上各尺寸，结合仿真图6至图8，对本方案抑制器中寄生模的抑制效果进行说明：
[0048] 图6给出了仿真下，TE02模在正、负传播方向的耦合度，由图可以得出在工作频段33.5GHz-36GHz之间时，传输正方向的耦合度接近于0dB之间，表明TE02模式基本完全被耦合。
[0049] 图7给出了耦合端的TE02模式输出功率比，在工作频段33.5GHz-36GHz内，至少90％的TE02模式被耦合到副波导1。
[0050] 图8分别给出了TE01模式的传输参数和反射参数曲线，由图可知，在工作频段33.5GHz-36GHz内，TE01模传输参数为0dB左右，同时反射参数都在-40dB左右，说明TE01模几乎完全由输出端输出而很少被耦合到副波导。
[0051] 由此可知，本方案设计的抑制器能够成功抑制主波导2中的TE02寄生模式，达到了提高高功率微波源输出模式纯度的目地。
[0052] 综上所述，本发明设计的等孔等间距模式抑制器输出结构有效克服了现有的高功率微波源往往存在输出模式不纯的问题及过模输出波导的使用又会导致这种不纯加剧的问题。
[0053] 通过仿真可知，在工作频段33.5GHz-36GHz内，本方案的抑制器能有效将主波导2中寄生模式即TE02模90％以上功率耦合到副波导1中，同时保证主波导中传输模式(TE01模)高纯度输出，实现了回旋行波管高功率、高效率、高增益、宽带宽的工作性能。
