圆波导TE21模式激励器 开题答辩

1、答辩人：汪艳指导老师：李少甫教授圆波导TE21模式激励器 开题答辩西南科技大学 信息工程学院 1CONTENTS123背景意义研究内容设计目标西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology24设计思想5设计流程6进度安排研究意义回旋管作为重要的毫米波源，其输出模式为混合模式，不利于直接传输或辐射，需要进行模式转换，设计好后的模式转换器需要进行冷测，这时，就需要采用模式激励器模拟回旋管的输出以提供冷测系统中的输入源毫米波频率范围：30GHz-300GHz回旋管作为毫米波源，在高功率微波武器、新型材料、等离子体加热等应用方面

2、的前景非常广阔。混合模式回旋管输入为一种或几种的混合模式，它们的极化方向不稳定且辐射方向图为空心圆锥状，不能在空间进行远距离传输，也不能直接使用。冷测很多时候必须借助准光模式变换器将回旋管输出的模式转化为TEM00或HE11模式，为了避免在设计变换器时出错为浪费巨大的人力物力，常常采用在准光模式变换器安装前冷测的方法。1研 究 背 景西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology1研 究 背 景国内外现状及生产需求状况西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and te

3、chnology目前模式激励器主要研究方向有两个：波导结构、准光技术。传统的模式激励器输出的带宽较窄，而且尺寸过大。近年来，有很多新的实现模式激励的技术，比如有人提出了一种同轴插板波导模式激励器，虽然体积小，但是需要较多的控制元件。2013年，沈文渊等人研究出了一种采用矩形波导TE10模式通过侧壁耦合馈入同轴波导，利用同轴波导的选模特性激励起目标模式。对于常规的Vlasov准光模式激励器，其旁瓣电平较高，能量不够集中，对此，有学者提出一种新型的螺旋形准光模式激励器，其能量转换效率高达95%。本设计鉴于准光模式激励器的复杂性和常规波导激励器的长度过长，效率过低的特点，根据同轴外导体的腔壁耦合和圆

4、波导径向渐变耦合理论，设计了圆波导TE21模式激励器，而且结构紧凑，有一定的带宽，转换效率高。研究内容掌握麦克斯韦理论方法并分析得到圆波导在TE21模式下的场分布；基于开放式谐振腔理论，提出一种圆波导TE21模式激励器的设计方法；利用HFSS软件仿真优化设计矩形波导TE10-同轴波导TE21模式激励器，根据同轴到圆波导的渐变过渡，设计同轴TE21 -圆波导TE21模式激励器，最后基于开放式谐振腔理论对其进一步进行仿真优化设计。1研 究 内 容西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technologyABC应用HFSS设计线极化的圆波

5、导TE21模式激励器，在中心频率96 GHz下的模式纯度大于95%，转换效率大于90%的相对带宽大于5%；给出仿真设计模型图及S参数曲线和场分布图。如果时间允许，运用HFSS设计圆极化的圆波导TE21模式激励器，要求同样的指标。1设 计 目 标西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology圆波导TE21模式激励器的设计A波导理论分析为了最后准确的得到目标模式，需要先对其模式波在圆波导中的场分布进行分析并仿真。缓变界面理论通过对缓变界面理论的分析，得出波导尺寸的相关计算方法，以及同轴腔体内外半径比对模式特征值的影响。ABC

6、1.矩形波导TE10同轴波 导TE21模式激励器2.同轴TE21圆波导TE21模式 激励器3.优化仿真BC1设 计 思 想西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology TE21模式下的圆波导电场幅值分布图在HFSS中仿真得到电场幅值分布图如右图所示，由此分析可以得到，当固定时，在径向方向上，从圆心到半径为a处，电场强度的变化为先增大再减小，且只有一个最大值。而当固定时，一周中共有四个极大值。波导理论分析1设 计 思 想西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and t

7、echnology各模式特征值随C的变化曲线图本工作的难点在于怎样设定同轴波导的尺寸让让其输出高纯度的TE21模式而又不激励起其他不期望的模式成分，以及怎样设定矩形波导的位置和尺寸以获得尽可能大的转换效率和模式纯度。具体的研究步骤为： 根据同轴谐振腔理论分析得到波导尺寸求解公式和在不同半径比值下的模式特征值曲线，确定同轴波导的尺寸；圆波导TE21模式激励器11设 计 思 想西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology32分析结论最终完成的圆波导TE21模式激励器基本结构如图3所示，电子波束经过矩形波导TE10模式通过侧

8、壁耦合馈入同轴波导，利用同轴波导的选模特性激励起TE21模式波，将同轴波导渐变为圆波导。同轴谐振腔模型在软件中进行大量的仿真实验，不断调节波导的尺寸和位置，使激励器的模式纯度大于90%，转换效率大于95%；进一步优化同轴波导，将同轴波导设计成开放式同轴谐振腔。因为同轴波导是开放的，因此无法在两端形成反射面，则电磁场在波导内传播时是行波，无法形成谐振。开放式同轴谐振腔两端也是开放的，但是，其纵剖面是缓变界面，它能在两端形成反射面，电磁波在波导内传输时，可在反射面之间来回传播而形成谐振。1设 计 思 想西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science an

9、d technology研究阶段14253了解TE21模式波在圆波导中的场分布以及传播模式特点第一阶段 利用HFSS数值仿真建立激励器的模型第三阶段 根据缓变截面波导理论将同轴腔改进为三段式谐振腔，得到进一步的优化并获得S12参数，直到满足指标要求。最终阶段 基于开放式谐振腔理论，提出一种圆波导TE21模式激励器的设计方法第二阶段 利用HFSS对建立的模型进行多次优化仿真，选择合适的同轴内外半径，提高输出目标模式的纯度。第四阶段 1设 计 流 程西南科技大学 信息工程学院 Southwest University of Science and technology1423 2015年12月，由

10、老师下达任务书，跟导师见面，制定详细的研究方案及工作安排，通过上网或到学校图书馆、其他网站下载或查阅相关书籍，学习HFSS以及MATLAB软件，初步了解设计内容，确定设计方案；2016年23月，了解圆波导TE21模式变换器原理及应用领域，应用理论知识初步进行设计，并撰写开题报告； 2016年3月19日，开题答辩，根据答辩老师建议及时补漏与解决问题； 2016年4月，在HFSS软件中对设计的模式变换器各个部分单独进行仿真，运用实验法和理论分析相结合的方法，找出符合指标要求的结构参数，然后整体仿真，观察模式变换的场图，并用MATLAB软件绘制模式变换的转换效率曲线。 时间安排56 2016年5月，对初步建立好的仿真模型进行大量的优化仿真，直到仿真结果符合指标要求；整理资料，撰写毕业论文； 2016年6月，完善论文，准备答辩。6进 度 安 排西南科技大学 信息工程学院 Southw