一种波导模式转换器的制作方法

本实用新型涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及一种波导模式转换器。

背景技术：

矩形波导te10模式到圆波导te01模式变换器是一种广泛应用于卫星通讯、星载雷达、微波测量、微波功率合成等领域的微波无源器件。传统的矩形波导te10到圆波导te01模式变换器存在转换效率低的问题，并且频率范围覆盖较窄。本实用新型通过一种波导模式转换器实现矩形波导te10到圆波导te01模式的高效转化并且覆盖整个v波段的频率(50ghz-75ghz)。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种波导模式转换器，实现矩形波导te10到圆波导te01模式的高效转化并且覆盖整个v波段(50ghz-75ghz)。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种波导模式转换器，包括依次串接在一起的三段转换体，其中第一转换体为t型渐变转换体，包括第一输入矩形波导接口和第一输出矩形波导接口，所述第一输入矩形波导接口的长边和第一输出矩形波导接口的长边相互垂直；第二转换体为十字型渐变转换体，包括第二输入矩形波导接口和第二输出十字型波导接口，所述第二输入矩形波导接口与所述第一输出矩形波导接口相适配；第三转换体为圆形渐变转换体，包括第三输入十字型波导接口和第三输出圆型波导接口，所述第三输入十字型波导接口与所述第二输出十字型波导接口相适配。

优选的，所述第一输入矩形波导接口的上半部沿右下方向逐渐递减至所述第二输出矩形波导接口的上端长边，所述第一输入矩形波导接口的下半部沿前后方向逐渐扩张至所述第二输出矩形波导接口。

优选的，所述第一转换体的整体长度为45mm，其中，所述第一输入矩形波导接口的长边长度为3.759mm，短边长度为1.88mm；所述第一输出矩形波导接口的长边长度为7.518mm，短边长度为1.88mm。

优选的，所述第一转换体将矩形波导te10模式转换为矩形波导te20模式。

优选的，所述第二输入矩形波导接口的四个端角向右倾斜延伸并相互交叉形成十字形的所述第二输出十字型波导接口，其中所述第二输入矩形波导接口的对角线的两个端角形成所述第二输出十字形波导接口在同一直线上的两个端部。

优选的，所述第二转换体的整体长度为22mm，所述第二输入矩形波导接口的长边长度为7.518mm，短边长度为1.88mm；所述第二输出十字形波导接口的中心与所述第二输出十字形波导接口每个端部的短边之间的距离为3.96mm。

优选的，所述第二转换体将矩形波导te20模式转换为十字波导te22模式。

优选的，所述第三输入十字型波导接口的四个端部的长边逐渐向右延伸，短边逐渐扩张并且形成弧边，最终汇集形成所述第三输出圆型波导接口。

优选的，所述第三转换体的长度为40mm，所述第三输入十字形波导接口的中心与所述第三输入十字形波导接口每个端部的短边之间的距离为3.96mm；所述第三输出圆形波导接口的半径为3.74mm。

优选的，所述第三转换体将十字波导te22模式转换为圆波导te01模式。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种波导模式转换器，包括依次串接在一起的三段转换体，其中第一转换体为t型渐变转换体，包括第一输入矩形波导接口和第一输出矩形波导接口，第一输入矩形波导接口的长边和第一输出矩形波导接口的长边相互垂直；第二转换体为十字型渐变转换体，包括第二输入矩形波导接口和第二输出十字型波导接口，第二输入矩形波导接口与第一输出矩形波导接口相适配；第三转换体为圆形渐变转换体，包括第三输入十字型波导接口和第三输出圆型波导接口，第三输入十字型波导接口与第二输出十字型波导接口相适配。本实用新型实现了整个v波段的频率上矩形波导te10到圆波导te01模式的高效转化。

附图说明

图1是根据本实用新型波导模式转换器一实施例的结构示意图；

图2是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第一转换体结构图；

图3是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第一转换体的仿真图；

图4是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第二转换体的结构图；

图5是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第一转换体和第二转换体级联后的仿真图；

图6是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第三转换体的结构图；

图7是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第一转换体和第二转换体以及第三转换体级联后的仿真图；

图8是根据本实用新型波导模式转换器另一实施例中的第一转换体和第二转换体以及第三转换体级联后的仿真图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，波导模式转换器1包括依次串接在一起的三段转换体，其中第一转换体1为t型渐变转换体，包括第一输入矩形波导接口101和第一输出矩形波导接口102，第一输入矩形波导接口101的长边和第一输出矩形波导接口102的长边相互垂直；第二转换体2为十字型渐变转换体，包括第二输入矩形波导接口201和第二输出十字型波导接口202，第二输入矩形波导接口201与第一输出矩形波导接口102相适配；第三转换体3为圆形渐变转换体，包括第三输入十字型波导接口301和第三输出圆型波导接口302，第三输入十字型波导接口301与第二输出十字型波导接口202相适配。

结合图2，第一输入矩形波导接口101的上半部沿右下方向逐渐递减至第二输出矩形波导接口102的上端长边，第一输入矩形波导接口101的下半部沿前后方向逐渐扩张至第二输出矩形波导接口102。

具体的，第一转换体1的整体长度为45mm，其中，第一输入矩形波导接口101的尺寸为v波段标准波导wr15，第一输入矩形波导接口101的长边长度为3.759mm，短边长度为1.88mm。

表1矩形波导模式分类及截止波长

根据表1矩形波导模式分类及截止波长表可知，当矩形波导的输入的截止波长与输出的截止波长相同时，te20模的长边长度是te10模的长边长度的两倍；故第一输出矩形波导接口102的长边长度为7.518mm，短边长度为1.88mm。第一转换体1将矩形波导te10模式输入并转换为矩形波导te20模式输出。

结合图3，对第一转换体1进行仿真。可以看出，在整个v波段50-75ghz内，矩形波导te10模式到te20模式损耗低于0.015db,回波损耗低于-30db,模式转换效率为99.6％，输入矩形波导te10模式的能量经过第一转换体绝大部分转换为输出的矩形波导te20模式的能量。

结合图4，第二输入矩形波导接口201的四个端角向右倾斜延伸并交叉形成十字形的第二输出十字型波导接口202，其中第二输入矩形波导接口201的对角线的两个端角形成第二输出十字形波导接口202在同一直线上的两个端部。

具体的，第二转换体2的整体长度为22mm，第二输入矩形波导接口201的长边长度为7.518mm，短边长度为1.88mm；第二输出十字形波导接口的长边长度一般选取第二输入矩形接口的对角线的长度，约为7.749mm，优化为7.92mm，即第二输出十字形波导接口202的中心与第二输出十字形波导接口每个端部的短边之间的距离为3.96mm。第二转换体将输入的矩形波导te20模式转换为十字波导te22模式输出，第二输出十字形波导接口202的短边长度为1.88mm。

如图5所示，将第一转换体与第二转换体级联之后进行仿真，可以看出，在整个v波段(50-75ghz),矩形波导te10模式与十字波导te22模式传输损耗低于0.03db，回波损耗小于-25db，转换效率为99.3％，矩形波导te10模式的能量经过第一转换体和第二转换体绝大部分转换为十字波导te22模式的能量。

如图6所示，第三输入十字型波导接口301的四个端部的长边逐渐向右延伸，短边逐渐扩张并且形成弧边，第三输入十字型波导接口301的四个端部最终汇集成第三输出圆型波导接口302。

第三转换体3的长度为40mm，第三输入十字形波导接口301的中心与第三输入十字形波导接口301每个端部的短边之间的距离为3.96mm；第三输出圆形波导接口的半径取决于圆波导te01模式的截止波长。

表2圆波导模式及截止波长

由表3.1可知，a＝c/1.64fc,其中，a为第三输出圆波导接口的半径，c为光在真空中的传播速度，fc为v波段的频率，选取fc＝50ghz,故a＝3.66mm,经过优化，选取第三输出圆形波导接口302的半径为3.74mm。第三转换体将十字波导te22模式转换为圆波导te01模式。

如图7所示，将第一转换体、第二转换体、第三转换体级联进行仿真。可以看出，在整个v波段50-75ghz内，矩形波导te10模式与圆波导te01模式的传输损耗低于0.42db,回波损耗低于-25db。

如图8所示，由于圆波导内还存在te11模式、tm01模式、te21模式及极化简模式，通过hfss仿真各个模式的传输系数，可以看出，对圆波导内其他低次模的抑制大部分达到40db，该模式转换器在整个v波段上的转换效率高于90.7％。具有频带宽、损耗小、转换效率高的特点。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种波导模式转换器，包括依次串接在一起的三段转换体，其中第一转换体为t型渐变转换体，包括第一输入矩形波导接口和第一输出矩形波导接口，第一输入矩形波导接口的长边和第一输出矩形波导接口的长边相互垂直；第二转换体为十字型渐变转换体，包括第二输入矩形波导接口和第二输出十字型波导接口，第二输入矩形波导接口与第一输出矩形波导接口相适配；第三转换体为圆形渐变转换体，包括第三输入十字型波导接口和第三输出圆型波导接口，第三输入十字型波导接口与第二输出十字型波导接口相适配。本实用新型实现了整个v波段的频率上矩形波导te10到圆波导te01模式的高效转化。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。