在耦合波理論的基礎(chǔ)上，對(duì)圓波導(dǎo)軸線彎曲結(jié)構(gòu)的TE01-TM11模式變換器進(jìn)行了理論分析。同時(shí)使用MATLAB 編制了迭代法的計(jì)算程序，并進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出了一種新型的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01-TM11模式變換器，并給出該TE01-TM11模式變換器的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)輪廓。數(shù)值計(jì)算表明該模式變換器的最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)到99. 55%，轉(zhuǎn)換效率大于95%的帶寬超過29%。最后，利用CST 仿真軟件對(duì)該模式變換器進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果一致性較好。

　　回旋行波管在毫米波段以其高功率、高增益、寬帶寬等優(yōu)點(diǎn)，在高功率毫米波雷達(dá)、毫米波通信、電子對(duì)抗等方面有著廣闊的應(yīng)用前景，因而在國(guó)際上倍受重視。由于，回旋行波管的輸出模式一般采用TE02模或TE01模，是對(duì)稱非線性極化的高階體模，其軸向輻射呈現(xiàn)出不理想的空心圓錐狀，不利于直接使用，需要進(jìn)行模式變換。一般波導(dǎo)模式變換器按照以下兩種變換方案實(shí)現(xiàn)模式變換。

　　(1) TE0n(回旋行波管) -TE01(低損耗傳輸) -TE11-HE11(天線) ；

　　(2) TE0n(回旋行波管) -TE01(低損耗傳輸) -TM11-HE11(天線) ；

　　第一個(gè)變換序列的模式變換器沒有大的彎曲，只需要沿軸線旋轉(zhuǎn)TE01-TE11模式變換器就可改變電磁波的極化方向，非常方便，不過工作頻帶較窄并且變換器長(zhǎng)度較長(zhǎng)。第二種變換序列，用TM11模式作為中介極化模，然后再轉(zhuǎn)換為HE11模式向外輻射。目前，TE01-TM11圓波導(dǎo)模式變換器采用常曲率彎曲方法或簡(jiǎn)單的正弦彎曲方法，文獻(xiàn)中介紹了兩種方法實(shí)現(xiàn)TE01-TM11模式轉(zhuǎn)換，其中常曲率彎曲轉(zhuǎn)換效率達(dá)到97. 6%、帶寬為34. 2%； 正弦彎曲轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98. 9%、帶寬為32%。但以上變換器彎曲角度均為45° 左右。由于實(shí)際應(yīng)用的需求，需將回旋行波管輸出的毫米波從豎直方向轉(zhuǎn)換成水平方向，那么就需要一個(gè)90°轉(zhuǎn)頭來實(shí)現(xiàn)以上輸出方向的轉(zhuǎn)變。目前實(shí)現(xiàn)90°方向轉(zhuǎn)變的方案主要有2種:①TE01-45°反射鏡-TE01-TE11-HE11( 天線) ，該方案存在輸出帶寬較窄以及變換序列復(fù)雜等缺點(diǎn)， 90%轉(zhuǎn)換效率的帶寬不到10%； ②TE01-45°TM11-TE01-TE11-HE11( 天線) ，文獻(xiàn)對(duì)第二種90°彎頭進(jìn)行了研究，其基本思路是將兩個(gè)45°的彎曲圓波導(dǎo)對(duì)接，使得TE01模式先轉(zhuǎn)變?yōu)門M11模式，然后再由TM11模式轉(zhuǎn)變?yōu)門E01模式；

　　該方法有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是模式變換過程過于復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致能量的損失； 二是模式變換器是兩段對(duì)接而成，連接處對(duì)加工工藝要求較高。本文結(jié)合工程應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了一種緊湊、高效的新型90°彎曲圓波導(dǎo)TE01-TM11模式變換器。設(shè)計(jì)出的模式變換器一方面直接實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)傳播方向90°的轉(zhuǎn)變； 另一方面TE01模式直接轉(zhuǎn)變?yōu)門M11模式輸出，減少了波導(dǎo)能量的損失并且實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)。本文首先在耦合波方程理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用迭代法對(duì)90°彎曲圓波導(dǎo)TE01-TM11模式變換器的幾何結(jié)構(gòu)及尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析。最后，利用CST三維仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)出的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01-TM11模式變換器進(jìn)行仿真驗(yàn)證，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與仿真模擬結(jié)果一致性較好。

　　結(jié)論

　　本文采用TE0n(回旋行波管) -TE01(低損耗傳輸) -TM11-HE11(天線) 變換序列，利用迭代法優(yōu)化設(shè)計(jì)出了一種新型的TE01-TM1190°彎頭模式變換器，簡(jiǎn)化了橫向輸出TE01-HE11模式變換系統(tǒng)的復(fù)雜度。數(shù)值計(jì)算和仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的90°彎曲圓波導(dǎo)TE01-TM11模式變換器的最高轉(zhuǎn)化效率達(dá)到99. 55%，轉(zhuǎn)換效率大于95% 的帶寬達(dá)到29. 7%。以上研究工作為回旋行波管外接橫向輸出傳輸鏈路-模式變換器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。