圓波導te21模式激勵器-開題答辯

1、,圓波導TE21模式激勵器 開題答辯,西南科技大學 信息工程學院,,1,,CONTENTS,1,2,3,背景意義,研究內(nèi)容,設計目標,2,4,設計思想,5,設計流程,6,進度安排,回旋管作為重要的毫米波源，其輸出模式為混合模式，不利于直接傳輸或輻射，需要進行模式轉(zhuǎn)換，設計好后的模式轉(zhuǎn)換器需要進行冷測，這時，就需要采用模式激勵器模擬回旋管的輸出以提供冷測系統(tǒng)中的輸入源,,毫米波,頻率范圍：30GHz-300GHz回旋管作為毫米波源

2、，在高功率微波武器、新型材料、等離子體加熱等應用方面的前景非常廣闊。,,混合模式,回旋管輸入為一種或幾種的混合模式，它們的極化方向不穩(wěn)定且輻射方向圖為空心圓錐狀，不能在空間進行遠距離傳輸，也不能直接使用。,,冷測,很多時候必須借助準光模式變換器將回旋管輸出的模式轉(zhuǎn)化為TEM00或HE11模式，為了避免在設計變換器時出錯為浪費巨大的人力物力，常常采用在準光模式變換器安裝前冷測的方法。,,1,研究背景,,1,研究背景,國內(nèi)外現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求狀

3、況,目前模式激勵器主要研究方向有兩個：波導結(jié)構(gòu)、準光技術(shù)。,傳統(tǒng)的模式激勵器輸出的帶寬較窄，而且尺寸過大。近年來，有很多新的實現(xiàn)模式激勵的技術(shù)，比如有人提出了一種同軸插板波導模式激勵器，雖然體積小，但是需要較多的控制元件。2013年，沈文淵等人研究出了一種采用矩形波導TE10模式通過側(cè)壁耦合饋入同軸波導，利用同軸波導的選模特性激勵起目標模式。對于常規(guī)的Vlasov準光模式激勵器，其旁瓣電平較高，能量不夠集中，對此，有學者提出一種新型的螺

4、旋形準光模式激勵器，其能量轉(zhuǎn)換效率高達95%。本設計鑒于準光模式激勵器的復雜性和常規(guī)波導激勵器的長度過長，效率過低的特點，根據(jù)同軸外導體的腔壁耦合和圓波導徑向漸變耦合理論，設計了圓波導TE21模式激勵器，而且結(jié)構(gòu)緊湊，有一定的帶寬，轉(zhuǎn)換效率高。,,研究內(nèi)容,,掌握麥克斯韋理論方法并分析得到圓波導在TE21模式下的場分布；,,基于開放式諧振腔理論，提出一種圓波導TE21模式激勵器的設計方法；,,利用HFSS軟件仿真優(yōu)化設計矩形波導TE

5、10-同軸波導TE21模式激勵器，根據(jù)同軸到圓波導的漸變過渡，設計同軸TE21 -圓波導TE21模式激勵器，最后基于開放式諧振腔理論對其進一步進行仿真優(yōu)化設計。,,1,研究內(nèi)容,,,,,,,A,B,C,應用HFSS設計線極化的圓波導TE21模式激勵器，在中心頻率96 GHz下的模式純度大于95%，轉(zhuǎn)換效率大于90%的相對帶寬大于5%；,給出仿真設計模型圖及S參數(shù)曲線和場分布圖。,如果時間允許，運用HFSS設計圓極化的圓波導TE21模式激

6、勵器，要求同樣的指標。,,1,設計目標,,,,,圓波導TE21模式激勵器的設計,,A,波導理論分析,為了最后準確的得到目標模式，需要先對其模式波在圓波導中的場分布進行分析并仿真。,緩變界面理論,通過對緩變界面理論的分析，得出波導尺寸的相關(guān)計算方法，以及同軸腔體內(nèi)外半徑比對模式特征值的影響。,A,B,C,矩形波導TE10—同軸波 導TE21模式激勵器同軸TE21—圓波導TE21模式 激勵器優(yōu)化仿真,B,C,,1,設計思想,TE2

7、1模式下的圓波導電場幅值分布圖,在HFSS中仿真得到電場幅值分布圖如右圖所示，由此分析可以得到，當ρ固定時，在徑向方向上，從圓心到半徑為a處，電場強度的變化為先增大再減小，且只有一個最大值。而當ρ固定時，一周中共有四個極大值。,波導理論分析,,1,設計思想,各模式特征值隨C的變化曲線圖,本工作的難點在于怎樣設定同軸波導的尺寸讓讓其輸出高純度的TE21模式而又不激勵起其他不期望的模式成分，以及怎樣設定矩形波導的位置和尺寸以獲得盡可能大的轉(zhuǎn)

8、換效率和模式純度。具體的研究步驟為： 根據(jù)同軸諧振腔理論分析得到波導尺寸求解公式和在不同半徑比值下的模式特征值曲線，確定同軸波導的尺寸；,圓波導TE21模式激勵器,1,,1,設計思想,3,2,分析結(jié)論,最終完成的圓波導TE21模式激勵器基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，電子波束經(jīng)過矩形波導TE10模式通過側(cè)壁耦合饋入同軸波導，利用同軸波導的選模特性激勵起TE21模式波，將同軸波導漸變?yōu)閳A波導。,同軸諧振腔模型,在軟件中進行大量的仿真實驗，不斷調(diào)節(jié)波

9、導的尺寸和位置，使激勵器的模式純度大于90%，轉(zhuǎn)換效率大于95%；,進一步優(yōu)化同軸波導，將同軸波導設計成開放式同軸諧振腔。因為同軸波導是開放的，因此無法在兩端形成反射面，則電磁場在波導內(nèi)傳播時是行波，無法形成諧振。開放式同軸諧振腔兩端也是開放的，但是，其縱剖面是緩變界面，它能在兩端形成反射面，電磁波在波導內(nèi)傳輸時，可在反射面之間來回傳播而形成諧振。,,1,設計思想,1,4,2,5,3,了解TE21模式波在圓波導中的場分布以及傳播模式特點

10、,第一階段,利用HFSS數(shù)值仿真建立激勵器的模型,第三階段,根據(jù)緩變截面波導理論將同軸腔改進為三段式諧振腔，得到進一步的優(yōu)化并獲得S12參數(shù)，直到滿足指標要求。,最終階段,基于開放式諧振腔理論，提出一種圓波導TE21模式激勵器的設計方法,第二階段,利用HFSS對建立的模型進行多次優(yōu)化仿真，選擇合適的同軸內(nèi)外半徑，提高輸出目標模式的純度。,第四階段,,1,設計流程,,,1,4,2,3,2015年12月，由老師下達任務書，跟導師見面，制定詳

11、細的研究方案及工作安排，通過上網(wǎng)或到學校圖書館、其他網(wǎng)站下載或查閱相關(guān)書籍，學習HFSS以及MATLAB軟件，初步了解設計內(nèi)容，確定設計方案；,2016年2~3月，了解圓波導TE21模式變換器原理及應用領(lǐng)域，應用理論知識初步進行設計，并撰寫開題報告；,2016年3月19日，開題答辯，根據(jù)答辯老師建議及時補漏與解決問題；,2016年4月，在HFSS軟件中對設計的模式變換器各個部分單獨進行仿真，運用實驗法和理論分析相結(jié)合的方法，找出符合指標