X波段高功率微波传输系统设计

发布时间：2020-04-14 11:07

【摘要】：高功率微波系统可拆解为三大部分,第一部分是微波源,该部分控制着整个系统性能,其重要性堪比人体中的心脏;第二部分是传输微波,其作为桥梁连接前后两个部分,一方面约束着第一部分的性能发挥,另一方面提供匹配馈源给第三部分,它还影响着整个系统的大小、效率以及输出的微波模式;第三部分是发射和接收微波。实际应用GW级的高功率微波,首先需要微波源输出功率能达到这一水平,其次要求传输过程中能保持这一水平,而前者已能实现,因此需要解决的问题就是保证高功率微波的高效传输。本文围绕如何抑制传输过程中的高次模式展开研究,对高功率微波传输系统测量所需的耦合器、模式转换所需的紧凑型同轴模式转换器和相位控制所需的移相器分别开展了理论分析、结构设计和仿真研究。论文的主要工作如下:1.以小孔耦合理论、相位叠加原理以及等间距切比雪夫分布为基础确定选模耦合器的副波导、孔间距及孔大小,利用仿真研究了耦合器中孔高度与耦合度的联系以及孔个数对耦合器技术指标的影响,最终得到X波段TM_(01)模耦合器的具体结构,其定向性能优越且能同时抑制TM_(02)和TE_(11)两种模式。利用相同的方法还设计并冷测了S波段TM_(01)模耦合器,并将冷测结果与仿真结果进行了对比分析。2.理论推导了同轴波导内相关模式截止波长的计算公式,根据相关参数绘制了TM_(01)模和TE_(n1)模对应的本征方程曲线,并提出了圆波导TM_(01)-圆极化同轴TE_(11)模式变换器结构,该结构没有引入任何介质,能实现高次模抑制,利用仿真研究了该模式变换器中不同参数对其转换效率的影响,该结构输出和系统共轴,纵向长度约3-4个波长,更利于高功率微波辐射系统的紧凑化设计,且能工作在过模状态下,解决了高频段下功率容量较低的问题。3.根据同轴TE_(31)模式与同轴TE_(11)模式的电场极化方向分布特点,提出了同轴TE_(31)-同轴TE_(11)模式转换结构,并通过改变输出端同轴波导内外半径尺寸、增加杂模抑制杆、设置锥形渐变等方法抑制高次模传输、减小微波反射,从而提高模式转换效率。该方式也可能适用于同轴TE_(21)或同轴TE_(41)模式向同轴TE_(11)模式转换。4.首次设计了X波段高功率微波TEM模式移相器,其相移原理通过具体的理论进行了推导说明,并进行了仿真验证。该移相器克服了传统的移相器功率容量的限制,可用于对输出的TEM模式微波直接进行相位调节并合成。
【图文】：

6孔双组选模耦合器的电场分布图

S波段TM01选模耦合器电场分布图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN015

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本文编号：2627231