太赫兹波纹圆波导模式变换器的优化设计

兰 峰，杨梓强，史宗君

(电子科技大学物理电子学院 成都 610054)

太赫兹波纹圆波导模式变换器的优化设计

兰 峰，杨梓强，史宗君

(电子科技大学物理电子学院 成都 610054)

提出一种基于复功率守恒技术(CCPT)的广义散射矩阵(GSM)优化方法设计太赫兹波纹圆波导模式变换器。与传统的基于耦合波理论(CWT)的优化方法不同, 广义散射矩阵法对模式变换系统进行准确的全波分析，避免了耦合波方程组在计算反向波幅值时的数值计算困难，缩短了计算时间。广义散射矩阵法、耦合波法和HFSS仿真法结果吻合很好，前者耗费时间远小于后两者。该研究为太赫兹源的径向渐变波纹圆波导模式变换器研究提供了一种重要的理论分析手段。

波纹圆波导; 耦合波理论; 广义散射矩阵; 太赫兹

为了获得低损耗传输的圆波导模式及可以直接发射的天线馈源、高功率太赫兹源，如工作在TE0n模式的回旋管、工作在TM0n模式的虚阴极振荡器、相对论返波管，需要设计TE0n-TE01或TM0n-TM01模式变换器。圆波导模式变换器大都是根据Kovalev[1-3]提出的周期波导扰动理论进行设计，国内外许多学者基于模式耦合理论研究此类问题[4-6]。

1 圆波导模式变换器基本原理

圆波导模式变换器的径向扰动几何周期λp大致由输入与输出模式的未扰动传播常数决定：

式中，λb是两互作用模式的拍波波长；δ是几何周期因子。

绝大多数的波纹圆波导模式变换器都是通过求解耦合波方程组的边值问题来获得最优化设计参数，即有：