过模波导器件的迭代设计方法

王 强 周海京 杨 春 李 彪何晓阳

1)(中国工程物理研究院，电子工程研究所，绵阳 621900)

2)(应用物理与计算数学研究所，北京 100094)

3)(清华大学，工程物理系，北京 100084)

(2012年12月8日收到;2013年2月25日收到修改稿)

1 引言

随着高功率微波应用越来越广泛，过模波导器件的应用也越来越频繁[1].从模式保留和转换的角度，过模波导器件可分为三类：模式转换器，实现一个波导模式向另外一个波导模式的转换，例如TM01—TE11模式转换器;模式保留器，器件输入端和输出端模式相同，但器件结构特性(半径变化或者轴线弯曲)发生改变，例如TE01模式过渡器、TM01弯头结构;模式综合器，输入为一个模式，输出为模式分布，例如光壁馈源喇叭.这些过模波导常常可采用耦合波理论进行描述.在高功率微波的不同应用需求中，涌现了大量以耦合波理论为基础的设计方法：相位重匹配法[2]、常曲率法[3]、基于结构参数的蜂窝优化方法[4]、Dolph-Chebyshev方法[5]，等等.然而，这些传统设计方法都只解决某一种器件的设计或者对某种器件的某个指标进行改进[6].最近几年出现了迭代设计法，该方法能够对三类过模波导统一设计，设计结构相比于传统方法能够具备更优的电特性和结构特性，甚至能设计传统方法无能为力的新型器件.迭代法存在两条发展路线：基于整体结构轮廓优化和基于耦合波理论的优化求解.第一条路线由Denisov等完成[7,8]，但他们在公开发表的文献中对于具体技术细节披露甚少.第二条路线由Eric等提出[9]，他们完成……