220GHz高功率準光模式變換技術研究.pdf

1、回旋管作為一種十分重要的高功率毫米波亞毫米波源，一直受到廣泛重視。在回旋管器件中工作模式通常為低損耗的高階腔體模式，為了實現(xiàn)應用，必須將其轉換成適合自由空間傳播的線性極化的基模高斯束（00TEM模）。但在高頻段，傳統(tǒng)的波導型模式變換器由波導內徑過小，加工難度大，并且難與回旋管組裝，因此采用準光模式變換器是一條非常有效的途徑。本文針對中心頻率為220GHz、03TE模工作的回旋管需要設計了一種準光模式變換器，是由Vlasov輻射器、準橢圓

2、柱面鏡和拋物柱面鏡構成。
　　本文采用幾何光學理論和矢量繞射理論相結合的方法對準光模式變換器進行了系統(tǒng)分析和研究，利用MATLAB編程軟件設計和編寫了準光模式變換器的數值計算分析程序。首先對Vlasov輻射器進行研究：采用切口面上的功率指標優(yōu)化了階梯形Vlasov輻射器的切口長度；研究了斜切角度對斜切形Vlasov輻射器的輻射特性的影響；對階梯形Vlasov輻射器和斜切形Vlasov輻射器的輻射特性進行了比較分析；并將階梯形Vla

3、sov輻射的數值計算結果和CST仿真模擬結果進行對比驗證分析，兩者的結果基本一致，證明了理論分析方法和設計方法的正確性。
　　對準光模式變換器的鏡面系統(tǒng)，首先采用幾何光學法分析準橢圓柱面反射鏡和拋物柱面反射鏡，并得到相關模型設計參量，然后在矢量繞射理論的基礎上編寫準光模式變換器（包括階梯形Vlasov輻射器、準橢圓柱面反射鏡和拋物柱面反射鏡兩級反射鏡）的數值計算分析程序。設計的中心頻率為220GHz、半徑為5mm、工作模式為03T