426GHz回旋管準(zhǔn)光模式變換器

2013-12-05 王　維電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院

　　采用幾何光學(xué)模型研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)由Vlasov矩形開口輻射器和兩級(jí)曲面反射器組成的太赫茲回旋管準(zhǔn)光模式變換器。利用幾何光學(xué)理論對(duì)Vlasov型準(zhǔn)光模式變換器進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，采用矢量繞射理論對(duì)準(zhǔn)光模式變換器進(jìn)行了詳細(xì)的分析并編寫相應(yīng)程序，最后結(jié)合具體設(shè)計(jì)參數(shù)，得到工作模式在模式變換器中的變換過程。模擬結(jié)果表明，太赫茲回旋管中的TE06模式在輸出窗處被轉(zhuǎn)換為能量集中的準(zhǔn)Gauss波束，其效率為89.0%。

　　作為太赫茲頻段輸出功率最大的輻射源之一，近年來太赫茲回旋管受到了廣泛關(guān)注并取得了長足進(jìn)展。電子回旋脈塞器件是一種基于電子在縱向磁場中回旋諧振受激輻射機(jī)理的快波器件，隨著太赫茲回旋管向高功率、高頻率方向發(fā)展，為了增加腔體功率容量，減小腔體歐姆損耗，通常選用高階模式作為工作模式，高階腔體模式由于在傳輸過程中存在嚴(yán)重的繞射和極化損耗，不適合于自由空間的遠(yuǎn)距離傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換為有利于傳輸?shù)牡碗A波導(dǎo)模式或自由空間的高斯波束。采用傳統(tǒng)的波導(dǎo)模式變換器對(duì)高階模式進(jìn)行降階變換時(shí)，變換器的尺

　　寸大，加工困難，不利于系統(tǒng)的緊湊設(shè)計(jì)，且模式競爭和損耗嚴(yán)重。因此，一般采用準(zhǔn)光模式變換器來實(shí)現(xiàn)高階模式到自由空間高斯模式的高效轉(zhuǎn)換。俄羅斯科學(xué)家Vlasov等首先提出了準(zhǔn)光天線，后來發(fā)展成為Vlasov模式變換器，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊而且高效，在高功率微波領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)在太赫茲回旋管方面展開了大量的研究工作，但太赫茲準(zhǔn)光模式變換器的研究尚處在起步階段，因此，展開太赫茲頻段準(zhǔn)光模式變換器的研究對(duì)太赫茲回旋管的研究及應(yīng)用具有很實(shí)際的實(shí)用價(jià)值。

　　1、理論分析

　　本文運(yùn)用幾何光學(xué)近似方法和矢量繞射理論去分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)光模式變換器�；赩lasov輻射器的太赫茲準(zhǔn)光模式變換器由Vlasov開口輻射器和兩級(jí)曲面反射器組成，如圖1所示，Vlasov開口輻射器采用矩形狀切割型。

　　在計(jì)算模式變換器中的輻射場時(shí)，假定在圓波導(dǎo)口面處的場依然為規(guī)則波導(dǎo)場，波導(dǎo)面處的等效像源為輻射第一激勵(lì)源。用此激勵(lì)源計(jì)算輻射場時(shí)，以嚴(yán)格的Stratton-Chu公式為基礎(chǔ)，由連續(xù)性條件在口徑面邊緣上引入分布源函數(shù)的處理方法滿足了格林定理所要求的在積分面上的連續(xù)性條件，從而得到修正公式：

426GHz回旋管準(zhǔn)光模式變換器