非均匀扰动结构TE0n模式变换器研究

兰峰; 杨梓强; 史宗君

doi:10.7498/aps.61.155201

摘要

本文提出一种半径和周期双重扰动的非均匀圆波导TE0n模式变换器. 通过耦合波理论(CWT)和数值优化方法对该模式变换器进行研究, 计算结果与电磁仿真软件基本一致. 与传统的均匀结构半径微扰模式变换器比较, 非均匀扰动结构TE0n模式变换器可以在更少的波纹周期内实现高于均匀结构的模式转换效率, 95%功率转换绝对带宽增加150%, 器件长度减小接近一半. 本文的研究工作为设计轴向尺寸短、工作带宽大、转换效率高的高功率回旋管外接模式变换器提供了重要参考.

关键词:

Abstract

In this paper, we present an optimal design of TE0n nonuniform ripple-wall mode converter in circular waveguide. The research work is based on the general coupled wave theory and numerical optimization method. The results of numerical calculation are in good agreement with those of simulation by HFSS. Compared with traditional TE0n mode converter of periodic waveguide perturbations, the TE0n nonuniform ripple-wall mode converter can achieve a high mode conversion efficiency with less corrugated periods. The length of the converter is shortened nearly by a half and the operating bandwidth with over 95% mode conversion is increased by 150%. The research work provides an important theoretical reference and a physics model for designing high power gyrotron mode converter with small axial size, wide operating bandwidth and high conversion efficiency.

Keywords:

作者及机构信息

1.
电子科技大学物理电子学院, 成都 610054

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10975031, 11075032)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Research Institute of High Energy Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10975031, 11075032).

参考文献

[1]	Yan Y, Xia L C, Wu J Q, Wu F 2009 Journal of University of Electronic Science and Technology of China 38 372 (in Chinese) [鄢扬, 夏连城, 吴坚强, 吴峰 2009 电子科技大学学报 38 372]
[2]	Li H F, Du P Z, Yang S W, Xie Z L, Zhou X L, Wan H R,Huang Y 2000 Acta Phys. Sin. 49 312(in Chinese) [李宏福, 杜品钟, 杨仕文, 谢仲怜, 周晓岚, 万洪蓉, 黄勇 2000 49 312]
[3]	Yu S, Li H F, Xie Z L, Luo Y 2001 Acta Phys. Sin. 50 1979 (in Chinese) [喻胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗勇 2001 50 1979]
[4]	Luo Y, Li H F, Xie Z L, Yu S, Deng X, Zhao Q, Xu Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 229 (in Chinese) [罗勇, 李宏福, 谢仲怜, 喻胜, 邓学, 赵青, 徐勇 2004 53 229]
[5]	Dragone C 1977 The Bell System Technical Journal 56 835
[6]	Thumm M, Erckmann V, Janzen G, Kasparek W, Muller G, Schuller P G, Wilhelm R 1985 Int. J. Infrared millim. Waves 6 459
[7]	Levine J S 1984 Int. J. Infrared and Millim. Waves 5 937
[8]	Thumm M 1986 Int. J. Electron. 6 1135
[9]	Kumric H, Thumm M, Wilhelm R 1988 Int. J. Electron. 64 77
[10]	Kovalev N F, Orlova I M, Petelin M I 1968 Radio Phys. Quant. Electron. 11 783
[11]	Thumm M 1984 Int. J. Electron. 57 1225
[12]	Buckley M J, Stein D A, Vernon R J 1991 IEEE Trans. MTT 39 1301
[13]	Buckley M J, Ronald J V 1990 IEEE Trans. MTT 38 712
[14]	Lawson W, Esteban M, Raghunathan H, Hogan B P, Bharathan K 2005 IEEE Trans. MTT 53 372
[15]	Sun X, Zhao Q, Li H F 2008 Acta Phys. Sin. 57 2130 (in Chinese) [孙旭, 赵青, 李宏福 2008 57 2130]
[16]	Tang S R, Yang Z Q, Lan F 2008 Journal of Microwaves 24 78 (in Chinese) [唐世荣, 杨梓强, 兰峰 2008 微波学报 24 78]
[17]	Niu X J, Gu L, Yu X H, Li H F 2011 Acta Electron. Sin. 39 1947 (in Chinese) [牛新建, 顾玲, 与新华, 李宏福 2011 电子学报 39 1947]
[18]	Niu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L, Yang S W 2002 Acta Phys. Sin. 51 2291 (in Chinese) [牛新建, 李宏福, 喻胜, 谢仲怜, 杨仕文 2002 51 2291]
[19]	Chen L W, Niu X J, Li X Y, Sun M 2004 Journal of Infrared and Millimeter Waves 23 51 (in Chinese) [陈立伟, 牛新建, 李晓燕, 孙敏 2004 红外与毫米波学报 23 51]
[20]	Li H F, Thumn M 1991 Int. J. Electron. 71 827
[21]	Li H F, Thumn M 1991 Int. J. Electron. 71 333
[22]	Niu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L 2002 High Power Laser and Particle Beams 14 911 (in Chinese) [牛新建, 李宏福, 喻胜, 谢仲怜 2002 强激光与粒子束 14 911]

施引文献

[1]	Yan Y, Xia L C, Wu J Q, Wu F 2009 Journal of University of Electronic Science and Technology of China 38 372 (in Chinese) [鄢扬, 夏连城, 吴坚强, 吴峰 2009 电子科技大学学报 38 372]
[2]	Li H F, Du P Z, Yang S W, Xie Z L, Zhou X L, Wan H R,Huang Y 2000 Acta Phys. Sin. 49 312(in Chinese) [李宏福, 杜品钟, 杨仕文, 谢仲怜, 周晓岚, 万洪蓉, 黄勇 2000 49 312]
[3]	Yu S, Li H F, Xie Z L, Luo Y 2001 Acta Phys. Sin. 50 1979 (in Chinese) [喻胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗勇 2001 50 1979]
[4]	Luo Y, Li H F, Xie Z L, Yu S, Deng X, Zhao Q, Xu Y 2004 Acta Phys. Sin. 53 229 (in Chinese) [罗勇, 李宏福, 谢仲怜, 喻胜, 邓学, 赵青, 徐勇 2004 53 229]
[5]	Dragone C 1977 The Bell System Technical Journal 56 835
[6]	Thumm M, Erckmann V, Janzen G, Kasparek W, Muller G, Schuller P G, Wilhelm R 1985 Int. J. Infrared millim. Waves 6 459
[7]	Levine J S 1984 Int. J. Infrared and Millim. Waves 5 937
[8]	Thumm M 1986 Int. J. Electron. 6 1135
[9]	Kumric H, Thumm M, Wilhelm R 1988 Int. J. Electron. 64 77
[10]	Kovalev N F, Orlova I M, Petelin M I 1968 Radio Phys. Quant. Electron. 11 783
[11]	Thumm M 1984 Int. J. Electron. 57 1225
[12]	Buckley M J, Stein D A, Vernon R J 1991 IEEE Trans. MTT 39 1301
[13]	Buckley M J, Ronald J V 1990 IEEE Trans. MTT 38 712
[14]	Lawson W, Esteban M, Raghunathan H, Hogan B P, Bharathan K 2005 IEEE Trans. MTT 53 372
[15]	Sun X, Zhao Q, Li H F 2008 Acta Phys. Sin. 57 2130 (in Chinese) [孙旭, 赵青, 李宏福 2008 57 2130]
[16]	Tang S R, Yang Z Q, Lan F 2008 Journal of Microwaves 24 78 (in Chinese) [唐世荣, 杨梓强, 兰峰 2008 微波学报 24 78]
[17]	Niu X J, Gu L, Yu X H, Li H F 2011 Acta Electron. Sin. 39 1947 (in Chinese) [牛新建, 顾玲, 与新华, 李宏福 2011 电子学报 39 1947]
[18]	Niu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L, Yang S W 2002 Acta Phys. Sin. 51 2291 (in Chinese) [牛新建, 李宏福, 喻胜, 谢仲怜, 杨仕文 2002 51 2291]
[19]	Chen L W, Niu X J, Li X Y, Sun M 2004 Journal of Infrared and Millimeter Waves 23 51 (in Chinese) [陈立伟, 牛新建, 李晓燕, 孙敏 2004 红外与毫米波学报 23 51]
[20]	Li H F, Thumn M 1991 Int. J. Electron. 71 827
[21]	Li H F, Thumn M 1991 Int. J. Electron. 71 333
[22]	Niu X J, Li H F, Yu S, Xie Z L 2002 High Power Laser and Particle Beams 14 911 (in Chinese) [牛新建, 李宏福, 喻胜, 谢仲怜 2002 强激光与粒子束 14 911]

[1]	张天钟, 喻胜, 牛新建, 李宏福, 李浩. 94 GHz TE6,2模式Denisov辐射器的研究. , 2014, 63(12): 128402. doi: 10.7498/aps.63.128402
[2]	黄丽萍, 洪斌斌, 刘畅, 唐昌建. 220GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的研究. , 2014, 63(11): 118401. doi: 10.7498/aps.63.118401
[3]	徐刚, 谢平, 廖勇. X波段过模弯曲圆波导TM01-HE11模式变换器研究. , 2013, 62(7): 078401. doi: 10.7498/aps.62.078401
[4]	王虎, 沈文渊, 耿志辉, 徐寿喜, 王斌, 杜朝海, 刘濮鲲. 高功率回旋振荡管Denisov型辐射器的研究. , 2013, 62(23): 238401. doi: 10.7498/aps.62.238401
[5]	薛智浩, 刘濮鲲, 杜朝海, 李铮迪. W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析. , 2012, 61(17): 170201. doi: 10.7498/aps.61.170201
[6]	雷朝军, 喻胜, 李宏福, 牛新建, 刘迎辉, 候慎勇, 张天钟. 缓变回旋管谐振腔研究. , 2012, 61(18): 180202. doi: 10.7498/aps.61.180202
[7]	韩煜, 袁学松, 马春燕, 鄢扬. 波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究. , 2012, 61(6): 064102. doi: 10.7498/aps.61.064102
[8]	刘建卫, 赵青, 李宏福. 94 GHz回旋管准光模式变换器设计. , 2011, 60(10): 104201. doi: 10.7498/aps.60.104201
[9]	罗尧天, 唐昌建. 光子带隙谐振腔回旋管振荡器的自洽非线性理论. , 2011, 60(1): 014104. doi: 10.7498/aps.60.014104
[10]	刘睿, 李宏福, 牛新建. 回旋管谐振腔本征模式计算的新算法. , 2011, 60(9): 090205. doi: 10.7498/aps.60.090205
[11]	王斌, 杜朝海, 刘濮鲲, 耿志辉, 徐寿喜. W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计. , 2010, 59(4): 2512-2518. doi: 10.7498/aps.59.2512
[12]	刘畅, 罗尧天, 唐昌建, 刘濮鲲. 回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析. , 2009, 58(12): 8174-8179. doi: 10.7498/aps.58.8174
[13]	王悦悦, 杨琴, 戴朝卿, 张解放. 考虑量子效应的Zakharov方程组的孤波解. , 2006, 55(3): 1029-1034. doi: 10.7498/aps.55.1029
[14]	杨鹏飞. 一类带限定变换的二阶耦合线性微分方程组的解析解. , 2006, 55(11): 5579-5584. doi: 10.7498/aps.55.5579
[15]	刘迎辉, 李宏福, 李浩, 王峨锋, 徐勇, 王晖, 王丽. 具有突变结构开放腔的矩阵分析. , 2006, 55(4): 1718-1723. doi: 10.7498/aps.55.1718
[16]	喻胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗勇. 8mm波段三次谐波复合腔回旋管的非线性分析. , 2001, 50(10): 1979-1983. doi: 10.7498/aps.50.1979
[17]	喻胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗勇. 渐变复合腔回旋管高次谐波注-波互作用非线性模拟. , 2000, 49(12): 2455-2459. doi: 10.7498/aps.49.2455
[18]	任尚元, 茅德强, 李名复. 立方半导体中双空位态的电子结构(Ⅰ)——基本方程组. , 1985, 34(4): 455-463. doi: 10.7498/aps.34.455
[19]	苏肇冰, 于渌, 周光召. 序参量-统计格林函数耦合方程组. , 1984, 33(6): 805-813. doi: 10.7498/aps.33.805
[20]	鲍诚光. N体散射——(Ⅰ)跃迁振幅的代数结构和积分方程组. , 1975, 24(3): 215-222. doi: 10.7498/aps.24.215

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