过模圆波导te01-tm11-he11模式变换分析

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1、第一章绪论第一章绪论人类现代史的发展微波技术的开发利用紧紧相关联着。第二次世界大战期间，军事科技的需求促使科学家对雷达深入研究，从而产生了一系列新的微波技术和微波器件。微波的一系列特质（高频，反射，穿透性）应用开始变得广泛。从20世纪50年代开始，用于可控热核聚变研究，与这项工作相配合的理论和实验研究导致对粒子与波相互作用的详尽认识开始深入。到之后为了提高探测技术而出现的超大功率相控阵雷达，于是高频率，高能，宽频带的回旋管应运而生。1.1微波相关与应用微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的

2、简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为―超高频电磁波‖。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。某种意义上来说，要界定高功率微波High-Power-Microwave（HPM）没有严格的界限，大致上来说，峰值功率达到或者超过100MW，工作频率不超过1GHz～[1]3

3、00GHz内的无线电磁波。许多时候应用的高功率微波，脉冲功率技术算得上一个重要的技术，脉冲功率驱动着高功率微波器件。也可以大致说，在只能提供有限的能源和空间的平台上，HPM系统才能装备，因此，小体积、轻质量和高安全性是对系统的组成部件的尽力追求目标。应用物理研究所(前苏联)，Lebedev研究所在上一个世纪80年代之前，研发利用了脉冲长度为10ns，其中功率400MW的相对论返波管(RBWO)，此后经过一年，更高功率的小型器件被来自美国的Comell大学研制出。HPM于粒子（高速）加速器、受控热核聚变等离子体加热、高功率雷达、

4、超级干扰机、高能微波军事科技系列等需求与利用的外力下，取得了神速而明显的进步。高功率微波研究工作迅速被推广于全球范围，不断开发出了几百MW、GW级以及更高功率的各种微波1万方数据电子科技大学硕士学位论文源。上文的高功率微波源，其中的很大一部分是相对论常规微波管，比如说相对论磁控管，和与之对应的相对论速调管等，而其他的是新型的高功率微波源，比如自由电子激光，虚阴极振荡器，多波切伦柯夫器件等。1-140GHz被上述器件工作频段利用，功率利用率也增高了，甚至有的，输出功率在10GW，或者更高。研究工作越深人，尤其在引导商业应用上，H

5、PM器件及系统的着力点从之前单一地追求更高的功率，向GW级、轻重量、小体积、紧凑的结构、可反复的工作、可变频率、方便实际应用方向发展，所以来说，收缩高功率微波源的研究重点是一种大致趋势。较好的应用背景是几种高功率微波源的共同特点，并且经济支持以及社会及研究人员普遍的重视程度提到了很到的地位，比如磁控管（相对论）。顺便说，人们持续关注着额外一些有前途的源，如磁绝缘线振荡器(MlLO)，这是某种输出功率非常大，轻松突破MW级达到GW级的器件。并且它的优势在于，它是一种不需要工作磁场的高功率微波源，对外界的硬件要求相对更低一些，有利

6、用实验和工程应用。而高功率的RBWO和行波管(TWT)、reltron、回旋管与高功率速调管、超级[2]reltron也陆续出现大家的视野中。在此值得一提的是，相对论速调放大器(RKA)，它可以发出10GW或更高的高功率微波，脉冲能量可达kJ。并且加深推进高功率微波的技术层面，高功率微波技术的发展和成熟又将开放利用新的应用层面。几个方面，以下展示了高功率微波工程方向的利用和需求：（1）高功率的micro-wave武器；（2）受控类热核聚变等离子体的加热；(3)Tev碰撞射频直线提速器；（4）高功率超级干扰机；（5）雷达和反馈影

7、像机等等。科学研究、国防及应用和需求于民用方向的动力之下，高频率微波在得到了较快的进步，当前，源及系统密切相关，利用与需求被普遍性地被引入研究视野，可以说科研范围迫切需要上述的引入，这决定了高功率微波的前途与命运及各种源的发展前景。全球范围内，HPM研究方向被美国和俄罗斯引导着。近30年来，特别是迈入新世纪后，微波源仍然以美俄两国领衔着国际浪头，后面将简单介绍高功率微波源。目前来看，研究的主要目光在于分析微波的起破坏，杀伤作用的根本机理和更适合需要的辐射源中的高功率微波。两国在天线理论，HPM源技术和微波效应的探讨等方面做了很

8、多费时费力的工作，并且取得了非常瞩目的成果，开发并制造出了虚阴极振荡器，磁控管，磁绝缘线性振荡器，速调管等许多类型的高功率微波源。，基本上已经达到了武器的应用水平，并顺利产生了几百兆瓦到几十吉瓦范围的功率量值。基于利用一定数量的调制腔的超级reltron，输出范围非常大，并可