高阶圆波导模式圆极化器的研究
发布时间：2019-08-12 20:29
【摘要】：提出了一种基于光滑圆波导结构的高阶TEmn模圆极化器.运用耦合波理论和数值计算方法对93 GHz TE5,1模圆极化器进行了研究和设计.设计的圆极化器由过渡段和移相段组成,结构简单,易于实现.在88~98 GHz的频带内,最大轴比低于1.18.空间辐射测试结果证明了这种高阶圆极化器的性能.为高性能的低阶波导模式圆极化器的设计提供重要参考.
【图文】：
6期吴泽威等:高阶圆波导模式圆极化器的研究性能进行了验证．最后，对设计的模式圆极化器进行了加工，测试，并讨论了相关结果．1光滑波导圆极化器设计的基本原理任何两个同频率、同传播方向且极化方向垂直的线极化波，当它们的振幅相等但相位差±π/2时，其合成波为圆极化波［11］．因此，在波导内可以通过产生两个幅值相等但相位相差±π/2的线极化波来实现线极化波向圆极化波的转变．为了产生TEmn波或者(TMmn波)圆极化波，采用如图1所示的光滑圆波导结构，其中波导半径沿轴向的变化关系为:图1圆极化器的结构图Fig．1Schematicofthepolarizerr(鐖，，z)=a0+a1(z)cos(2m鐖)，(1)其中:a1(z)=bzl10≤z＜l1bl1≤z≤l1+l2－b(z－2l1－l2)l1l1+l2＜z≤2l1+l2，a0为圆波导平均半径，b为最大扰动量，且a0郘b，l1和l2分别表示过渡段和移相段的长度．假定入射波为线极化TE5，1波，过渡段的输出口的横截面则如图2所示．当线极化TEmn(m≠0)波或者TMmn(m≠0)波进入过渡段后，如果其最大的纵向电场沿图ErA或ErB所示方向传播时就会被分解成两个分量Er1和Er2，从而实现了将一个线极化波分解成两个正交的线极化波的功能．通过调整形变量的值，就可以实现两个线极化波的等幅值输出．随着电磁波向前传输进入移相段后，由于移相段波导结构的不均匀，使得线极化波Er1和Er2有着不一样的传播常数．因此，通过选择合适移相段的长度就能使得两个线极化波之间的相位差达到π/2．因此，线极TEmn波(或者TMmn波)经过图1所示的波导结构后就能被转换为圆极化TEmn波(或者TMmn波)．2圆极化器
个分量Er1和Er2，从而实现了将一个线极化波分解成两个正交的线极化波的功能．通过调整形变量的值，就可以实现两个线极化波的等幅值输出．随着电磁波向前传输进入移相段后，由于移相段波导结构的不均匀，使得线极化波Er1和Er2有着不一样的传播常数．因此，通过选择合适移相段的长度就能使得两个线极化波之间的相位差达到π/2．因此，线极TEmn波(或者TMmn波)经过图1所示的波导结构后就能被转换为圆极化TEmn波(或者TMmn波)．2圆极化器的设计由于圆极化器采用的是微变的波导结构，因而图2移相器横截面示意图，ErA和ErA代表入射的线极化波的径向最大电场分量，Er1和Er2为波导内最大相位差对应的电场分量组合Fig．2Thecrosssectionviewofthephaseshift，orientationofordinaryErAandcross-polarizedErBradialelectricfiledcomponents，aswellasthecom-ponentsEr1andEr2withthegreatestdifferenceinpropagationconstants可利用耦合波理论对其进行分析．设计的圆极化在角向方向上的变化次数与输入模式TEmn模(或者TMmn模)场分量变化次数存在:m－(－m)=2m．(2)满足角向耦合条件［12］，故输入的TEmn模(或者TMmn模)会被耦合到TE－mn模(或者TM－mn模)，m取正负值仅表示极化方向不同．因而，光滑波导圆极化器的设计可以转化为求解耦合波方程的方式来实现，其中耦合波方程的基本形式为［12-13］:dA+m'n'dz=－γm'n'A+m'n'－j∑［C+(m'n')(mn)A+mn+C－(m'n')(mn)A－mn］，(3)dA－m'n'dz=－γm'n'A－m'n'+j∑［C+(m'n')(mn)A－mn+C－(m'n')(mn)A+mn?
【作者单位】： 电子科技大学物理电子学院;
【分类号】：TN814
【图文】：
6期吴泽威等:高阶圆波导模式圆极化器的研究性能进行了验证．最后，对设计的模式圆极化器进行了加工，测试，并讨论了相关结果．1光滑波导圆极化器设计的基本原理任何两个同频率、同传播方向且极化方向垂直的线极化波，当它们的振幅相等但相位差±π/2时，其合成波为圆极化波［11］．因此，在波导内可以通过产生两个幅值相等但相位相差±π/2的线极化波来实现线极化波向圆极化波的转变．为了产生TEmn波或者(TMmn波)圆极化波，采用如图1所示的光滑圆波导结构，其中波导半径沿轴向的变化关系为:图1圆极化器的结构图Fig．1Schematicofthepolarizerr(鐖，，z)=a0+a1(z)cos(2m鐖)，(1)其中:a1(z)=bzl10≤z＜l1bl1≤z≤l1+l2－b(z－2l1－l2)l1l1+l2＜z≤2l1+l2，a0为圆波导平均半径，b为最大扰动量，且a0郘b，l1和l2分别表示过渡段和移相段的长度．假定入射波为线极化TE5，1波，过渡段的输出口的横截面则如图2所示．当线极化TEmn(m≠0)波或者TMmn(m≠0)波进入过渡段后，如果其最大的纵向电场沿图ErA或ErB所示方向传播时就会被分解成两个分量Er1和Er2，从而实现了将一个线极化波分解成两个正交的线极化波的功能．通过调整形变量的值，就可以实现两个线极化波的等幅值输出．随着电磁波向前传输进入移相段后，由于移相段波导结构的不均匀，使得线极化波Er1和Er2有着不一样的传播常数．因此，通过选择合适移相段的长度就能使得两个线极化波之间的相位差达到π/2．因此，线极TEmn波(或者TMmn波)经过图1所示的波导结构后就能被转换为圆极化TEmn波(或者TMmn波)．2圆极化器
个分量Er1和Er2，从而实现了将一个线极化波分解成两个正交的线极化波的功能．通过调整形变量的值，就可以实现两个线极化波的等幅值输出．随着电磁波向前传输进入移相段后，由于移相段波导结构的不均匀，使得线极化波Er1和Er2有着不一样的传播常数．因此，通过选择合适移相段的长度就能使得两个线极化波之间的相位差达到π/2．因此，线极TEmn波(或者TMmn波)经过图1所示的波导结构后就能被转换为圆极化TEmn波(或者TMmn波)．2圆极化器的设计由于圆极化器采用的是微变的波导结构，因而图2移相器横截面示意图，ErA和ErA代表入射的线极化波的径向最大电场分量，Er1和Er2为波导内最大相位差对应的电场分量组合Fig．2Thecrosssectionviewofthephaseshift，orientationofordinaryErAandcross-polarizedErBradialelectricfiledcomponents，aswellasthecom-ponentsEr1andEr2withthegreatestdifferenceinpropagationconstants可利用耦合波理论对其进行分析．设计的圆极化在角向方向上的变化次数与输入模式TEmn模(或者TMmn模)场分量变化次数存在:m－(－m)=2m．(2)满足角向耦合条件［12］，故输入的TEmn模(或者TMmn模)会被耦合到TE－mn模(或者TM－mn模)，m取正负值仅表示极化方向不同．因而，光滑波导圆极化器的设计可以转化为求解耦合波方程的方式来实现，其中耦合波方程的基本形式为［12-13］:dA+m'n'dz=－γm'n'A+m'n'－j∑［C+(m'n')(mn)A+mn+C－(m'n')(mn)A－mn］，(3)dA－m'n'dz=－γm'n'A－m'n'+j∑［C+(m'n')(mn)A－mn+C－(m'n')(mn)A+mn?
【作者单位】： 电子科技大学物理电子学院;
【分类号】：TN814
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 赵春晖，杨莘元，杨云波;超宽带折线圆极化器的优化设计[J];通信学报;1996年01期
【共引文献】
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1 杨胜超;李浩;李家胤;;反射式金属光栅圆极化器的优化设计[J];强激光与粒子束;2011年11期
相关博士学位论文 前1条
1 尹勇;基于IR-UWB安全通信接收机结构与算法理论研究[D];中国科学技术大学;2006年
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【二级参考文献】
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1 谢良贵,陈代宗;介质层上折线周期结构的电磁散射[J];通信学报;1988年02期
【相似文献】
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3 G.孔特;赵芳灿;;滤除螺旋圆波导中寄生模的研究[J];传输线技术;1980年05期
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5 潘宗达;陈定阶;;半圆波导及其在圆波导正交模耦合器中的应用[J];现代雷达;1986年05期
6 陈建耀,钱景仁;圆波导H°_(01)
本文编号：2525936
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