通過微波混頻器實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換

1引言

HE11模式激勵(lì)器是毫米波研究的重要器件，可以將毫米波能量饋入波紋波導(dǎo)，在波導(dǎo)內(nèi)以基模（或者接近基模的混合模式）進(jìn)行傳輸，從而可以對(duì)毫米波饋線和器件進(jìn)行測(cè)試。在毫米波饋線（器件）冷測(cè)中，激勵(lì)源一般使用標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸出，而對(duì)于需要進(jìn)行大功率傳輸?shù)酿伨€（器件），一般是較大口徑的波紋波導(dǎo)。如果采用徑向變化的方法研制模式激勵(lì)器，設(shè)計(jì)和加工難度都很大，體積也可能大到不便應(yīng)用的程度。利用準(zhǔn)光相位修正鏡面系統(tǒng)的方法研制模式激勵(lì)器，可以方便實(shí)現(xiàn)饋入波紋波導(dǎo)的波束分布，加工難度低，易于實(shí)現(xiàn)。

研制的95GHz準(zhǔn)光HE11模式激勵(lì)器主要由波紋喇叭加雙相位修正鏡面系統(tǒng)構(gòu)成。信號(hào)源輸出的微波信號(hào)以標(biāo)準(zhǔn)的BJ84矩形波導(dǎo)輸出，經(jīng)過矩圓轉(zhuǎn)換后，接入準(zhǔn)光HE11模式激勵(lì)器的波紋喇叭，喇叭輻射場(chǎng)經(jīng)過相位修正鏡面系統(tǒng)對(duì)相位和幅度分布進(jìn)行調(diào)整，在輸出波紋波導(dǎo)饋入端口形成所需束腰的高斯分布。

本文以輸出9.2mm半徑的高斯束腰為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以標(biāo)量衍射理論為基礎(chǔ)，按照自適應(yīng)相位修正算法（KSA）對(duì)相位修正反射鏡進(jìn)行設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明高斯分布的標(biāo)量含量大于99%，矢量含量大于96%。

2仿真結(jié)果

雙鏡面準(zhǔn)光HE11模式激勵(lì)器仿真布局如圖1，波紋喇叭天線輻射場(chǎng)先后照射到兩個(gè)變形鏡面上，經(jīng)過雙變形鏡面的相位修正后，在輸出波紋波導(dǎo)入口的觀測(cè)面上得到接近基模高斯束的場(chǎng)分布。其中波紋喇叭的設(shè)計(jì)輸出為：相當(dāng)于距離喇叭口面16.5mm的距離上為束腰半徑6mm的基模高斯束。以此作為HE11模式激勵(lì)器的設(shè)計(jì)輸入，準(zhǔn)光模式轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)場(chǎng)分布為TEM00，束腰9.2mm。

圖1雙鏡面HE11模式激勵(lì)器仿真布局

按照雙變形鏡面的布局，第二鏡面的目標(biāo)場(chǎng)分布應(yīng)該為束腰半徑9.2mmTEM00模的束腰處的場(chǎng)分布，第一鏡面的目標(biāo)場(chǎng)分布應(yīng)該為束腰半徑21.8mm的場(chǎng)分布。

圖2~圖5分別為經(jīng)過數(shù)次優(yōu)化后的觀測(cè)面上的場(chǎng)分布和第一、第二鏡面的形狀。

第二觀測(cè)面可以得到的標(biāo)量和矢量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到99.87%和99.38%。

圖2第二觀測(cè)面上的場(chǎng)幅度分布

圖3第二觀測(cè)面上的場(chǎng)的場(chǎng)相位分布

圖4第一相位修正鏡面形狀

圖5第二相位修正鏡面形狀