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1、2 0 0 5 1 全国微波毫米波会议论文集新型的圆波导T E 2 1 模激发装置徐继东南京电子技术研究所 ( 南京1 3 1 3 信箱8 0 0 分箱南京2 1 0 0 1 3 )摘要：T E 2 1 模激发器在T E 2 1 模耦合器的研制中是一个很重要的测试设备，传统的设计均是通过孔辐合的方法柬实现，缺点是工作频带窄，设计复杂。新提出的基于场型变换的原理形成的T E 2 1 模激发器具有工作频带宽，形式新颖和电性能优良的特点。对各频段T E 2 1 模的研制具有重要的意义。0 引言在单脉冲天线中差模跟踪是一种高精度的自跟踪体制。它能有效的解决多喇叭单脉冲天线中馈源喇叭的和差照射的矛盾，提
2、高天线的效率和跟踪精度，并且为多频段组合馈源的研制提供极大的方便。 差模跟踪根据所选用的模式可分为T M 0 1 模和T E 2 1 模等，其中T E 2 1 模自跟踪体制是一种常用的形式，它既能工作在圆极化方式，也可以工作在线极化方式。在T E 2 1 模自跟踪天线系统中，T E 2 1 模耦台器是它的核心器件，它的性能的好坏直接关系到整个自跟踪天线的优劣。在T E 2 1 模的研制过程中除了设计理论的研究外，测试问题也是应该充分关注的。由于T E 2 1 模耦台器是选取的圆波导中的高阶模，它的主要技术指标包括I E 2 1 模的耦合损耗、T E 2 1 模对T E l l 模和T M O
3、_ 模的隔离度、主通道T E l l 模的驻波和损耗等。【：述技术指标的测试需要T E l l 、T M O I 和T E 2 1 模激发器。其中前两中都有成熟的技术，只有T E 2 1 模激发器现有的设计方案不够理想。嘲波导中的各模式的激发器一般有两种方法，种是通过对常规的矩形波导中的T E I O 模通过各种场型渐变形成需要的模式的场型，例如圆波导T E l l 模激发器。此方法的特点是简单直接、频带宽，缺点是应用范围小一般圆波导中复杂的模式很难通过这种方法实现。另一种方法是，根据所要激发的圆波导中模式的场型分布和相位关系，通过在圆波导周围或端面上开孔进行磁耦合或电耦合来实现，例如T M
4、O I 模激发器就是在圆波导周边对称的位置设置两耦合孔，激励以等幅同相的矩形波导T E I O 模，由于两矩形波导中的横向磁场是等幅同相但方向相反，与圆波导中T M O I 模的磁场相同，因此只能激发吲波导中的T M 0 1 模。此方法的优点是适用范围广，缺点是结构复杂、工作频带不宽。到目前为止，公开文献报道的T E 2 1 模激发器均是通过孔耦合的方法实现的，不仅工作频带窄是它的固有缺点，而且设计时要找到合适的耦合孔尺寸夜非常困难。本文为了解决这个问题，根据T E 2 1 模的场型的特点，由矩形波导T E I O 模出发，通过巧妙的幅 度和相位的控制以及场型的变换，形成圆波导中的$ E 2
5、1 模，仿真和实验都证明r 该方法的可行和简洁。此方法未见任何公开报道。l ，圆波导T E 2 1 模激发装置的设计思路网波导T E 2 1 模的电场场型如图1 所示，要象圆波到T E l l 模激发器月K 样从矩形波导的T E l 0 模直接经过场型变换得到圆波导T E 2 1 模是不可能的。但是经过研究可以发现， 与网波导T E 2 1 模场型非常相似的方波导T E ll 模( 如图2 所示) 是属于矩形波导的模式，6 3 32 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集仿真和实验表明方波导T E l l 模经过方圆变换可以直接转换为圆波导中的T E 2 1 模。因此只要由笳形波导T E l 0
6、 模变换到方波导T E l l 模就可以实现圆波导T E 2 1 模的激发。JY 乃心。0多。图1 圆波导T E 2 1 模场型图X-Y。、厂rX图2 方波导T E l l 模场型图2 。方波导中T E l l 模的擞发 从图2 中可以看出，方波导T E l l 模的横向电场Y 分量是关于x 轴等幅反向的，如果在方波导的一端用两个矩形波导激励以等幅反响的信号( 如图3 所示) ，必然会在方波导中激发含有T E l l 模的信号。由于方波导T M l l 模与T E l l 模是简并的并且横向电场 也具有T E l l 模的特点( 如图4 所示) ，并考虑到方波导的口径对更高阶模是截止的，所以方
7、波导中也同时会被激发出T M l l 模，但是只要在方波导中设法抑制T M l l 模，就可以得到纯的方波导T E l l 模。图3 方波导T E l l 模激发装置的示意图图4 方波导T M l l 模场型示意图YfL +圃l + h IL j t JX2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集通过对方波导T E l l 模和T M l l 横向电场的场型的研究可以看 ，T M l l 模的横向电场 是有t D 向四周发散的，且在方波导- 一心对称面( 即输入端阿矩形波导宽边的共面) 上 切向电场最强；而方波导T E l l 模的横行电场是l hf i 下两边的中点到左右两边的中点，只有在的方
8、波导中心对称面边缘有切向电场。只要将方波导输入端两矩形波导之间的金属隔板沿着传输方向以中心线对称地向左右两边渐变到消失，如图3 所示，由于金属隔板表面的电场切向分量为零，这样就可以保证方波导输入端两矩形波导中的横向电场渐变为方波导输出端的T E l l 模的横向电场，而很少产生T M l l 模的横向电场，从而有效地抑制了T M l l 模的产生。具体如图5 所示。3 H F S S 仿真一个完整的圆波导T E 2 1 模激发器的组成如图5 所示，从魔T 的H 臂加入普通的矩形波导T E I O 模，魔T 两输出口产生等幅同相的矩形波导T E I O 模，通过矩形波导的拐弯， 可以在图3 中的
9、方波导输入端产生等幅反相的矩形波导T E I O 模，南于前面所讲的特殊形状的金属隔片的作用，在方波导输出端产生T E l l 模，经过方圆波导变换，在圆波导中平滑过渡为圆波导T E 2 I 模。f方圆波导变换1_ - 置导砌l模激发装卜+r = 魔TlE 臂负载卜一- _ ll图5 圆波导T E 2 1 模激发器的组成图波导 T E 2 1 模c 频段圆波导T E 2 1 模激发器的H F S S 仿真结果如图6 一图8 所示。圆波导输出口T E 2 I模的纯度非常高，对低阶的T E l l 、T M 0 1 模的抑制度均大于3 0 d B ；从魔T 输入L I 的矩形波导T E l O 模
10、到输出口圆波导T E 2 1 模的转换效率也很高。IF IIf；i、，一气，t，一、，3 自3 9dF P e q u e n c y I O H z I图6T E 2 I 模激发器模式转换损耗6 3 5萤鼍J I t I2 0 0 5 。全国微波毫米波会议论文集弋o?i了加、 ，、7 l VF r a q e o 嘲【6 H 图7T E 2 1 模激发器对低阶模的抑制度当魔T 两输出口( 也就是方波导入口) 等幅但相位有偏差时，圆波导中T E 2 1 模对T E l l模的抑制度有所F 降。实际测试的结果与仿真结果基本相同。4 结论提出的新型的圆波导T E 2 1 模激发器，原理新颖、思路独特、结构简单，电性能比传统类型的有很大的提高，对T E 2 1 模耦合器的研制有非常重要的意义。6 3 6萤IPoi
