基于彎曲波導(dǎo)的相關(guān)模式耦合理論，應(yīng)用相位重匹配技術(shù)，通過數(shù)值優(yōu)化計算得到TM01-TE11雙彎過模圓波導(dǎo)模式變換器的最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相應(yīng)的工作參數(shù)，設(shè)計了一款Ka波段的同向傳輸結(jié)構(gòu)的TM01-TE11模式變換器。此變換器與非同向傳輸型TM01-TE11雙彎過模圓波導(dǎo)模式變換器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比研究，綜合比較發(fā)現(xiàn)前者明顯優(yōu)于后者。實物測試結(jié)果和程序計算結(jié)果良好一致，表明其可以很好的滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求。

　　高功率微波器件通常用于產(chǎn)生千瓦或兆瓦量級功率的微波，其輸出模式在軸向輻射呈現(xiàn)為非理想的空心圓錐狀，一般為對稱的高階體模或高階邊廊模。然而該類模式不適用于對等離子體加熱、雷達(dá)應(yīng)用及其他方面的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對其進(jìn)行高功率模式轉(zhuǎn)換。對于這些圓對稱的模式，通常是將它轉(zhuǎn)換成有一定極化方向且在軸向輻射最大的TE11或(HE11)模式，再通過天線把微波發(fā)射出去。諸如虛陰極振蕩器、相對論返波管，其輸出模式常是TM01模式或TM0n的混合模，其外接的波導(dǎo)模式變換器通常采用下面這個變換方式，實現(xiàn)高功率微波源到負(fù)載的遠(yuǎn)距離傳輸，且能保持較高的模式純度和較低的歐姆損耗：TM0n-TM01-TE11-HE11(天線)。在上述變換方式中，TM0n-TM01的變換需采用周期性、軸對稱半徑微擾結(jié)構(gòu)，將微波源輸出的TM0n混合模轉(zhuǎn)換為非極化的對稱模TM01模式，而TM01模式轉(zhuǎn)換成TE11模式，其器件結(jié)構(gòu)外型有高斯型、立方型、圓弧形及正弦型多種，而TE11再通過直波導(dǎo)角向開槽結(jié)構(gòu)(槽深從二分之一波長漸變?yōu)樗姆种�一波長)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換成HE11模進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。因此，對其中TM01-TE11模式模式變換段的結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行深入研究是非常必要的。

　　對于高功率微波的傳輸情況下，波導(dǎo)的尺寸必須足夠大，因而可以通過的模式也比較多，進(jìn)而數(shù)值計算時就必須考慮到更多的微波模式及其間的互相耦合、波導(dǎo)壁損耗及選取合理的耦合模式等問題，同時還要考慮變換器跟整個傳輸系統(tǒng)進(jìn)行適配，即模式變換器滿足一定的尺寸及傳輸方向的約束條件。因此，必須從模式變換和適配傳輸兩方面對模式變換器結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心設(shè)計。

　　4、結(jié)論

　　設(shè)計了同向傳輸?shù)腡M01-TE11雙彎模式變換器。通過在雙圓弧彎曲波導(dǎo)中間對接處切向放置一段適當(dāng)長度的直波導(dǎo)的方法，來調(diào)整相位就可以使得TM01-TE11模式變換器在實現(xiàn)同向傳輸、高轉(zhuǎn)換效率及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)緊湊同時還具有更大帶寬的特性。該模式變換器長度為450mm，計算機(jī)模擬及實物測試結(jié)果表明，模式轉(zhuǎn)換效率達(dá)98.5%以上，帶寬約為28%。實物測試結(jié)果和仿真計算結(jié)果具有良好的一致性。

　　同時，在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，模式變換器的工作頻率、波導(dǎo)半徑及轉(zhuǎn)換效率存在一定的比例關(guān)系，此特點為以后設(shè)計類似結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)模式變換器具有很好的參考價值。