太赫兹宽带Denisov型准光模式变换器的设计分析
发布时间：2022-01-26 18:16
研究并设计了一种具有宽频带工作能力的太赫兹准光模式变换器。该准光模式变换器采用具有高效率特性的Denisov辐射器,工作在TE6.2模式,用于实现回旋管内的模式变换。由于Denisov辐射器的参数是影响准光模式变换器宽带性能的主要因素,因此通过对辐射器参数的优化设计,达到增大模式变换器带宽的效果。使用自主开发的准光学模拟程序进行仿真,模式变换器中心频率为94 GHz,带宽达2 GHz。
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１?Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器准光模式变??图?２?Ｄｅｎｉｓｏｖ??换器结构图：ｌ：Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器，??辐射器波纹波??２？５：镜面系统，６：输出箇??导结构??
ｏｖ型准光??模式变换器的宽带丁．作原理分析，将从７：作频率和??辐射器半径两个方面进行分析：??２．?１工作频率对宽带性能的影响分析??首先分析工作频率／变化对输出窗处波束偏移??的影响，由于回旋管中的工作波长比波导的横向??尺寸小几十倍，，因此辐射器内部的电磁场的传播，??可以用几何光学理论１４来分析。几何光学理论的??基本思想是，将波导内的电磁波看作是一系列几何??射线，将电磁波的传播看作是这些射线像光一样在??波导壁上不断反射前进，射线的方向即为波矢量的??方向，如图３所示：??Ｃａｕｓｔｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ??ｕ??Ａ）沒??图３辐射器内射线传播的ＪＬ何光学模型??Ｆｉｇ．?３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｏｐｔｉｃｓ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｒａｙｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｌａｕｎｃｈｅｒ??由图３可知，波矢量与波导轴线方向的夹角＆??满足??其中是第／？阶贝塞尔函数的导数的第ｎ个根，ｃ??为真空中的光速，「？为辐射器半径，／为工作频率：??电磁波波矢量在辐射器中传播的轴向角度Ｉ??将影响电磁波射线从辐射器出射的角度，并“连锁??反应式”地影响电磁波传播到后续一系列镜面上的??位置，最终影响输出窗处的波束位置３??为了拓展Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器型准光模式变换器在??宽带连续频率范围内的Ｔ：作特性，需要考虑以下两??个方面：（１）在工作频率发生变化时，需使模式变换??器输出窗处的波束偏移尽可能小；（２）由于辐射器??波纹波导结构是针对某一频点设计的物理结构，一??旦加工成型就不可再改变，因此在工作频率发生变??化时，应使波纹波导参数的设计值变化尽可能校??从式（３）可以看出，轴向角度＾与／频率有关。??图
５７０??红外与毫米波学报??３９卷??的频率变化就会引起较大的Ｉ的变化，这对宽带准??光模式变换器来说是十分不利的??除此之外，由于轴向角度Ｉ随频率／变化，宽带??范围内工作的波束其轴向角度Ｉ有差异，从而宽带??波束射到后续镜面上的位置也不同，这会使得后续??镜面的长度相比单频点工作时增大。图４（ｂ）给出??了波束射到抛物面反射镜２（假定辐射器与抛物面??反射镜的横向距离ＡｔＦ—定，＝３０ｍｍ）时，在固??定带宽范围内（３?ＧＨｚ）最大频率和最小频率的轴向??偏移距离差值ＡＬ：可以看出，随着频率的增大，波??束在固定带宽内的轴向偏移距离差值减小：轴向??偏移差值越小，准光模式变换器内各个反射镜为了??容忍宽带工作而所需增加的轴向宽度越小：因此??较大的工作频率值可以使得反射镜宽带工作的“代??价”较校??综上所述，当工作频率高于并远离截止频率??时，准光模式变换器输出窗处的波束偏移对频率变??化的敏感性降低，工作带宽变宽：??接下来，分析工作频率／变化对波纹波导结构??参数的影响３由于Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器的螺旋波纹波导??结构是根据指定单频点而设计的，而当Ｄｅｎｉｓｏｖ型准??光模式变换器工作在宽频带时，必须解决以下问??题：针对单频点设计的螺旋波纹波导结构需要能在??连续带宽内正常工作，即在宽带范围内都可以将工??作模式转化为可以叠加成高斯分布的混合模式＝??Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器的螺旋波纹波导结构满足式??（１），其中成、民满足式（２），而式（２）可进一步写为??＝?＾－１?／（一）：?＿?（尤…．＂）２?￣??２?２?ｃ?ｒ？??Ｐｉ?＋?￣?ｌ）ｌ?＝??（出）２?（１．）２
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率回旋振荡管Denisov型辐射器的研究[J]. 王虎,沈文渊,耿志辉,徐寿喜,王斌,杜朝海,刘濮鲲. 物理学报. 2013(23)
本文编号：3610952
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１?Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器准光模式变??图?２?Ｄｅｎｉｓｏｖ??换器结构图：ｌ：Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器，??辐射器波纹波??２？５：镜面系统，６：输出箇??导结构??
ｏｖ型准光??模式变换器的宽带丁．作原理分析，将从７：作频率和??辐射器半径两个方面进行分析：??２．?１工作频率对宽带性能的影响分析??首先分析工作频率／变化对输出窗处波束偏移??的影响，由于回旋管中的工作波长比波导的横向??尺寸小几十倍，，因此辐射器内部的电磁场的传播，??可以用几何光学理论１４来分析。几何光学理论的??基本思想是，将波导内的电磁波看作是一系列几何??射线，将电磁波的传播看作是这些射线像光一样在??波导壁上不断反射前进，射线的方向即为波矢量的??方向，如图３所示：??Ｃａｕｓｔｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ??ｕ??Ａ）沒??图３辐射器内射线传播的ＪＬ何光学模型??Ｆｉｇ．?３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｏｐｔｉｃｓ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｒａｙｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｌａｕｎｃｈｅｒ??由图３可知，波矢量与波导轴线方向的夹角＆??满足??其中是第／？阶贝塞尔函数的导数的第ｎ个根，ｃ??为真空中的光速，「？为辐射器半径，／为工作频率：??电磁波波矢量在辐射器中传播的轴向角度Ｉ??将影响电磁波射线从辐射器出射的角度，并“连锁??反应式”地影响电磁波传播到后续一系列镜面上的??位置，最终影响输出窗处的波束位置３??为了拓展Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器型准光模式变换器在??宽带连续频率范围内的Ｔ：作特性，需要考虑以下两??个方面：（１）在工作频率发生变化时，需使模式变换??器输出窗处的波束偏移尽可能小；（２）由于辐射器??波纹波导结构是针对某一频点设计的物理结构，一??旦加工成型就不可再改变，因此在工作频率发生变??化时，应使波纹波导参数的设计值变化尽可能校??从式（３）可以看出，轴向角度＾与／频率有关。??图
５７０??红外与毫米波学报??３９卷??的频率变化就会引起较大的Ｉ的变化，这对宽带准??光模式变换器来说是十分不利的??除此之外，由于轴向角度Ｉ随频率／变化，宽带??范围内工作的波束其轴向角度Ｉ有差异，从而宽带??波束射到后续镜面上的位置也不同，这会使得后续??镜面的长度相比单频点工作时增大。图４（ｂ）给出??了波束射到抛物面反射镜２（假定辐射器与抛物面??反射镜的横向距离ＡｔＦ—定，＝３０ｍｍ）时，在固??定带宽范围内（３?ＧＨｚ）最大频率和最小频率的轴向??偏移距离差值ＡＬ：可以看出，随着频率的增大，波??束在固定带宽内的轴向偏移距离差值减小：轴向??偏移差值越小，准光模式变换器内各个反射镜为了??容忍宽带工作而所需增加的轴向宽度越小：因此??较大的工作频率值可以使得反射镜宽带工作的“代??价”较校??综上所述，当工作频率高于并远离截止频率??时，准光模式变换器输出窗处的波束偏移对频率变??化的敏感性降低，工作带宽变宽：??接下来，分析工作频率／变化对波纹波导结构??参数的影响３由于Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器的螺旋波纹波导??结构是根据指定单频点而设计的，而当Ｄｅｎｉｓｏｖ型准??光模式变换器工作在宽频带时，必须解决以下问??题：针对单频点设计的螺旋波纹波导结构需要能在??连续带宽内正常工作，即在宽带范围内都可以将工??作模式转化为可以叠加成高斯分布的混合模式＝??Ｄｅｎｉｓｏｖ辐射器的螺旋波纹波导结构满足式??（１），其中成、民满足式（２），而式（２）可进一步写为??＝?＾－１?／（一）：?＿?（尤…．＂）２?￣??２?２?ｃ?ｒ？??Ｐｉ?＋?￣?ｌ）ｌ?＝??（出）２?（１．）２
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率回旋振荡管Denisov型辐射器的研究[J]. 王虎,沈文渊,耿志辉,徐寿喜,王斌,杜朝海,刘濮鲲. 物理学报. 2013(23)
本文编号：3610952
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