426GHz回旋管準光模式變換器

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)模型研究并設計了一個(gè)由Vlasov矩形開(kāi)口輻射器和兩級曲面反射器組成的太赫茲回旋管準光模式變換器。利用幾何光學(xué)理論對Vlasov型準光模式變換器進(jìn)行了初步設計，采用矢量繞射理論對準光模式變換器進(jìn)行了詳細的分析并編寫(xiě)相應程序，最后結合具體設計參數，得到工作模式在模式變換器中的變換過(guò)程。模擬結果表明，太赫茲回旋管中的TE06模式在輸出窗處被轉換為能量集中的準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(lái)太赫茲回旋管受到了廣泛關(guān)注并取得了長(cháng)足進(jìn)展。電子回旋脈塞器件是一種基于電子在縱向磁場(chǎng)中回旋諧振受激輻射機理的快波器件，隨著(zhù)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(guò)程中存在嚴重的繞射和極化損耗，不適合于自由空間的遠距離傳輸，必須將其轉換為有利于傳輸的低階波導模式或自由空間的高斯波束。采用傳統的波導模式變換器對高階模式進(jìn)行降階變換時(shí)，變換器的尺

　　寸大，加工困難，不利于系統的緊湊設計，且模式競爭和損耗嚴重。因此，一般采用準光模式變換器來(lái)實(shí)現高階模式到自由空間高斯模式的高效轉換。俄羅斯科學(xué)家Vlasov等首先提出了準光天線(xiàn)，后來(lái)發(fā)展成為Vlasov模式變換器，其結構簡(jiǎn)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，國內在太赫茲回旋管方面展開(kāi)了大量的研究工作，但太赫茲準光模式變換器的研究尚處在起步階段，因此，展開(kāi)太赫茲頻段準光模式變換器的研究對太赫茲回旋管的研究及應用具有很實(shí)際的實(shí)用價(jià)值。

　　1、理論分析

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

　　在計算模式變換器中的輻射場(chǎng)時(shí)，假定在圓波導口面處的場(chǎng)依然為規則波導場(chǎng)，波導面處的等效像源為輻射第一激勵源。用此激勵源計算輻射場(chǎng)時(shí)，以嚴格的Stratton-Chu公式為基礎，由連續性條件在口徑面邊緣上引入分布源函數的處理方法滿(mǎn)足了格林定理所要求的在積分面上的連續性條件，從而得到修正公式：

426GHz回旋管準光模式變換器