抑制TE11模式微波的圆波导波型抑制器及其设计方法与流程

本发明属于微波工程
技术领域：
，具体涉及一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器及其设计方法。
背景技术：
：在微波工程技术研究工作中，波型抑制器其作用是抑制或滤除在微波传输系统中可能存在的寄生模或其他不希望的模式，这些模式可以是微波源产生的，也可能是由模式变换器或波导不均匀性产生的。在微波工程中有以下几种波型抑制器：同轴导电环滤波器、径向导电膜片滤波器、波导缝隙滤波器、衰减涂层滤波器。它们的作用都是在波导的传输过程中，滤除影响系统正常工作的模式。同轴导电圆环抑制器。在圆波导中设置一系列同轴金属圆环，由于te0n模的电力线也正好是一系列同轴同心圆，因而被金属圆环短路形成全反射而不能通过，而对tm0n模来说，其电力线将垂直于金属圆环表面，因而圆环的存在不会对tm0n模的场产生明显的影响。对于其他模式来说，则电场存在角向分量的都将会受到影响，这部分分量将会被短路，从而破坏了这些模式的场结构，使之被反射。径向导电膜片滤波器的工作原理是在圆波导中设置一系列径向金属膜片将使tm0n模及一切具有电场径向分量的模式的径向电力线短路，形成全反射而不能通过，而te0n模的电力线则由于垂直于金属膜片而不受干扰，使te0n模能无影响地通过。波导缝隙抑制器的工作原理是在矩形波导宽边中央开平行波导轴的纵向隙缝，将不会影响te10模的高频电流的流通，但这些缝隙将会截断te01模的高频电流，从而阻止了te01模的传输。其他一切在波导宽边中心有横向高频电流及在窄边有纵向高频电流的模式同样也将不允许在该波导中传播。衰减涂层抑制器是在圆波导内表面涂一层微波吸收材料薄层，其厚度应比金属趋附深度稍厚。则该吸收层将不会影响te0n圆电波的传播，因为这些模式在靠近波导壁处的角向电场分量已接近零，同时又没有电场径向分量，因而吸收层对圆电波的衰减十分微弱。除圆电波以外的所有其他模式在波导壁都有电场径向分量，它们将被衰减层吸收，引起强烈衰减。用具有微波吸收能力的介质片在圆波导内壁一周均匀径向放置来代替衰减薄层，能起到同样的研制作用。技术实现要素：本发明目的是提供一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器，实现了对te11模的全反射并能够高效传输tm01模式。本发明的技术解决方案是：一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器，其特殊之处在于：包括圆波导，在所述圆波导内沿微波传输方向依次设置有第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室和第五腔室；第一腔室的直径大于第二腔室的直径，第二腔室的直径大于第三腔室的直径，第三腔室的直径小于第四腔室的直径，第四腔室的直径小于第五腔室的直径；第一腔室、第二腔室、第四腔室以及第五腔室的轴向长度均相同并且大于或等于第三腔室的轴向长度；第一腔室与第二腔室之间设置第一过渡波导，第二腔室与第三腔室之间设置第二过渡波导，第三腔室与第四腔室之间设置第三过渡波导，第四腔室与第五腔室之间设置第四过渡波导；第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导以及第四过渡波导的直径均相同并且小于第三腔室的直径。进一步地，上述第一过渡波导的直径等于所述圆波导的直径。进一步地，上述圆波导的直径为30mm；所述第一腔室、第二腔室、第四腔室以及第五腔室的轴向长度均为10.2mm，所述第三腔室的轴向长度为10.1mm；所述第一腔室的直径为48.4mm，所述第二腔室的直径为43.2mm，所述第三腔室的直径为39.8mm，所述第四腔室的直径为42.4mm，所述第五腔室的直径为47.8mm；所述第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导以及第四过渡波导的直径均为30mm；所述第一过渡波导的轴向长度为9.8mm，所述第二过渡波导的轴向长度为11mm，所述第三过渡波导的轴向长度为10.6mm，所述第四过渡波导的轴向长度为11.5mm。进一步地，上述圆波导的直径为50mm；所述第一腔室、第二腔室、第四腔室以及第五腔室的轴向长度均为16.5mm，所述第三腔室的轴向长度为16.3mm；所述第一腔室的直径为78mm，所述第二腔室的直径为69.7mm，所述第三腔室的直径为64.2mm，所述第四腔室的直径为68.4mm，所述第五腔室的直径为77mm；所述第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导以及第四过渡波导的直径均为50mm；所述第一过渡波导的轴向长度为15.8mm，所述第二过渡波导的轴向长度为17.7mm，所述第三过渡波导的轴向长度为17.1mm，所述第四过渡波导的轴向长度为18.5mm。进一步地，上述圆波导的直径为14.8mm；所述第一腔室、第二腔室、第四腔室以及第五腔室的轴向长度均为5.4mm，所述第三腔室的轴向长度为5.3mm；所述第一腔室的直径为12.7mm，所述第二腔室的直径为11.4mm，所述第三腔室的直径为10.5mm，所述第四腔室的直径为11.2mm，所述第五腔室的直径为12.6mm；所述第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导以及第四过渡波导的直径均为14.8mm；所述第一过渡波导的轴向长度为5.2mm，所述第二过渡波导的轴向长度为5.8mm，所述第三过渡波导的轴向长度为5.6mm，所述第四过渡波导的轴向长度为6mm。本发明还提供一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：1)用软件模拟方法，得到能抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器在a频率下的尺寸参数ca；所述尺寸参数ca包括圆波导的直径，第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室、第五腔室的轴向长度及直径，第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导、第四过渡波导的轴向长度及直径；2)按下式分别计算b频率下能抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的所有尺寸参数cb：cb＝a×ca/b。本发明的有益效果在于：本发明可以有效滤除te11模式微波，而使tm01模式微波高效传输。根据数值模拟程序如cst-mws、hfss软件进行验证，仿真表明本发明在各波段均可适用。本发明的每一个谐振腔(即第一至第五腔室)的长度基本满足te11模式微波导波波长的一半，通过构成针对te11模的反射腔链实现对te11模式的良好反射。本发明整体为对称结构，其总长度与tm01模纵向相移常数的乘积为π的整数倍，构成一个通过式谐振腔，实现对tm01模的透射。通过对每个腔室半径的参数调节，以及腔宽与腔间距的微调，可以增加该波型抑制器的工作带宽，并且提升对te11模的反射系数与tm01模的透射系数。附图说明图1为本发明抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的结构示意图。图2为本发明实施例1抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的s参数曲线。图3为本发明实施例1圆波导波型抑制器传输te11模式微波时的工作状态示意图。图4为本发明实施例1圆波导波型抑制器传输tm01模式微波时的工作状态示意图。其中，附图标记如下：1-圆波导，2-第一腔室，3-第二腔室，4-第三腔室，5-第四腔室，6-第五腔室，7-第一过渡波导，8-第二过渡波导，9-第三过渡波导，10-第四过渡波导。具体实施方式参见图1，本发明提供了一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器，包括在圆波导1内设置的多个腔室，分别是沿微波传输方向依次设置的第一腔室2、第二腔室3、第三腔室4、第四腔室5和第五腔室6。在每两个相邻的腔室之间设置由过渡波导，分别是沿微波传输方向依次设置的第一过渡波导7、第二过渡波导8、第三过渡波导9和第四过渡波导10。本发明还提供一种抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的设计方法，设计的基本原则是腔与腔之间基本保证在半波长。在不同波段可以按照波长，根据波长关系进行缩比，从而得到相应频段的尺寸参数。具体包括以下步骤：1)用软件模拟方法，得到能抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器在a频率下的尺寸参数ca；所述尺寸参数ca包括圆波导的直径，第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室、第五腔室的轴向长度及直径，第一过渡波导、第二过渡波导、第三过渡波导、第四过渡波导的轴向长度及直径；2)按下式分别计算b频率下能抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的所有尺寸参数cb：cb＝a×ca/b。本发明的每一个谐振腔(即第一至第五腔室)的长度基本满足te11模式微波导波波长的一半，通过构成针对te11模的反射腔链实现对te11模式的良好反射。本发明整体为对称结构，其总长度与tm01模纵向相移常数的乘积为π的整数倍，构成一个通过式谐振腔，实现对tm01模的透射。通过对每个腔室半径的参数调节，以及腔宽与腔间距的微调，可以增加该波型抑制器的工作带宽，并且提升对te11模的反射系数与tm01模的透射系数。下面结合具体实施例对本发明抑制te11模式微波的圆波导波型抑制器的结构参数进行详细说明。实施例1本实施例是适用于ku波段频率15ghz的波型抑制器，能够有效抑制te11等其它模式，而高效传输tm01。其中，主波导直径尺寸为30mm，其它参数如下：参见图2，采用本实施例提供的波型抑制器，能够高效传输tm01模式，而对te11模全反射。图3给出了以一定功率te11模式微波通过本实施例波型抑制器的情况，可以看出波型抑制器将te11模式微波全反射。图4给出了tm01模式微波通过波型抑制器情况，可以看出tm01模传输效率很高，无反射的通过波型抑制器。实施例2本实施例是适用于x波段9.3ghz的波型抑制器，能够有效抑制te11等其它模式，而高效传输tm01。其中，主波导直径尺寸为50mm，其它参数如下表。尺寸l1l2l3l4l5l6l7l8l9φφ1φ2φ3φ4φ5长度/mm16.317.716.515.816.517.116.518.516.55064.269.67868.477实施例3本实施例是适用于ka波段28.2ghz的波型抑制器，能够有效抑制te11等其它模式，而高效传输tm01。其中，主波导直径尺寸为14.8mm，其它参数如下表。尺寸l1l2l3l4l5l6l7l8l9φφ1φ2φ3φ4φ5长度/mm5.35.85.45.25.45.65.465.414.820.922.725.522.325.1当前第1页12