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W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

王哲远 王峨锋

王哲远, 王峨锋. W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 123002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
引用本文: 王哲远, 王峨锋. W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 123002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
Wang Zheyuan, Wang Efeng. Design of broad-band input coupler of W-band TE02 mode gyro-TWT[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 123002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
Citation: Wang Zheyuan, Wang Efeng. Design of broad-band input coupler of W-band TE02 mode gyro-TWT[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 123002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190367

W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

doi: 10.11884/HPLPB201931.190367
基金项目: 航天预研项目(305050703)
详细信息
    作者简介:

    王哲远(1995—),男,硕士,主要从事高功率毫米波器件技术研究;757947212@qq.com

  • 中图分类号: TN129

Design of broad-band input coupler of W-band TE02 mode gyro-TWT

  • 摘要: 输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE10模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE02模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。
  • 图  1  输入耦合器示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the input coupler

    图  2  TE模特征根与内外半径之比的关系

    Figure  2.  Eigenvalue of TE mode vs radius ratio

    图  3  同轴腔TE811传播常数及谐振腔长度与半径rb的关系

    Figure  3.  TE811 propagation constant in coaxial guide and length vs raidus rb

    图  4  TE811谐振频率与半径rb的关系

    Figure  4.  Frequency vs outer radius rb

    图  5  TE01与TE02模式传输情况

    Figure  5.  Coefficient S21 of mode TE01 and TE02

    图  6  耦合缝长度偏移对TE01模式S21参数的影响

    Figure  6.  Dependence of parameter S21 of TE01 mode on the length deviation of slot

    图  7  耦合缝宽度偏移对TE01模式S21参数的影响

    Figure  7.  Dependence of parameter S21 of TE01 mode on the width deviation of slot

    图  8  HFSS中输入耦合器的电场分布图

    Figure  8.  Electric field profiles of input coupler in HFSS

    图  9  耦合器S21系数

    Figure  9.  Coefficient S21 of input coupler

    图  10  耦合器S11系数

    Figure  10.  Coefficient S11 of input coupler

    图  11  杂模对输入耦合器S21参数的影响

    Figure  11.  Dependence of the input coupler’s parameter S21 on the miscellaneous modes

    图  12  输入耦合器冷测实验图

    Figure  12.  Cold test of input coupler

    图  13  HFSS仿真和冷测实验的S21参数对比

    Figure  13.  Comparison of parameter S21 between HFSS simulation and cold test

    表  1  输入耦合器的初始结构

    Table  1.   Input coupler initial structures (mm)

    coaxial cavity outer radiuscoaxial cavity inner radiuscoaxial cavity lengthcircular waveguidecoupler aperture
    5.54.232.9013.650.6×1.344
    下载: 导出CSV

    表  2  输入耦合器的优化结构

    Table  2.   Input coupler optimization structures (mm)

    coaxial cavity outer radiuscoaxial cavity inner radiuscoaxial cavity lengthcircular waveguidecoupler aperture
    5.474.452.923.650.67×1.35
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-19
  • 修回日期:  2019-11-06
  • 刊出日期:  2019-12-01

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