W波段TE6，2模同軸開(kāi)放式諧振腔的研究與設計

　　詳細研究了一種用于回旋管冷測的三段式同軸諧振腔模式激勵器，該模式激勵器利用同軸開(kāi)放腔的選頻選模特性將輸入的W 波段的波功率轉換為T(mén)E6，2模式輸出�；�于緩變截面波導理論，研究了同軸諧振腔激勵TE6，2模式的機理; 求解了同軸波導中TE 模式的特征根和不均勻弦方程并得到腔體諧振頻率及Q 值; 分析了同軸腔內外半徑對諧振頻率的影響; 給出了W 波段高純度TE6，2模諧振腔優(yōu)化設計的參數; 并用電磁仿真軟件對其進(jìn)行仿真計算，結果表明: 該諧振腔的TE6，2模式純度達到99. 51%。

　　回旋管在可控熱核聚變、毫米波高分辨率成像雷達等方面有非常重要的應用。為了提高回旋管功率容量，一般采用大尺寸的開(kāi)放腔體結構作為注-波互作用電路，使其工作在高階邊廊�；蚋唠A體模，開(kāi)放式諧振腔的設計對于這些高階模式的諧振和激勵非常重要。同時(shí)，回旋管直接輸出的高階模式并不適合直接傳輸或使用，必須借助準光模式變換器將其轉化為T(mén)EM00或HE11模式; 在回旋管準光模式變換器安裝之前的冷測中常常也需要采用開(kāi)放式諧振腔作為高階模式激勵器。國內外報道的回旋管諧振腔( 包括高階模式激勵器) 的設計主要有兩種: 工作于圓對稱(chēng)模式( 如TE0，n) 的回旋管使用空腔諧振腔; 工作于高階不對稱(chēng)腔模( 如TE28，8，TE39，9) 的回旋管主要使用同軸諧振腔。

　　隨著(zhù)模式階數的提高，模式譜密度逐漸增大，腔體對于選模的要求也就越高。使用同軸腔可以提高模式的隔離度，對于提高目標模式純度和抑制模式競爭有非常重要的意義。

　　針對W 波段，工作模式為T(mén)E6，2的回旋管，本文研究并設計了用于回旋管冷測的同軸諧振腔。詳細研究了同軸腔抑制競爭模式、選擇目標模式的原理，求解了三段式同軸腔的特征方程，給出了同軸腔諧振模式的幅值沿軸向的變化曲線(xiàn)，并用電磁仿真軟件對設計進(jìn)行了仿真，計算了諧振腔輸出的TE6，2模式純度。本文工作為進(jìn)一步研制圓波導高階模式激勵器奠定了基礎。

緩變截面波導理論

　　在同軸開(kāi)放式諧振腔的設計中，為了提高模式的隔離度和腔體選模效率，腔體沿軸向會(huì )有一定的緩變分布從而使工作模式在開(kāi)放式腔體中形成諧振。由于這種腔體隨軸向的變化非常小，因而可以用緩變截面的方法來(lái)研究。緩變波導中電場(chǎng)矢量可以表示為

　　式中kmz為縱向傳播波數，f m( z) 為縱向場(chǎng)幅值的緩變函數，m 代表各個(gè)模式。由于電場(chǎng)矢量滿(mǎn)足波動(dòng)方程:

結論

　　同軸諧振腔是工作于高階模式的回旋管及其模式激勵器的重要組成部分，提高腔體選頻選模特性、抑制雜模是設計準光模式激勵器的關(guān)鍵。本文從同軸波導的緩變截面理論出發(fā)，研究并設計了三段式同軸諧振腔，諧振腔工作主模為T(mén)E6，2模，工作頻率為94. 8 GHz，并使用電磁仿真軟件對設計結果進(jìn)行仿真驗證，結果表明目標模式的純度達到99. 51%。