通過微波混頻器實現頻率轉換

1引言

HE11模式激勵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，在波導內以基模（或者接近基模的混合模式）進行傳輸，從而可以對毫米波饋線和器件進行測試。在毫米波饋線（器件）冷測中，激勵源一般使用標準矩形波導輸出，而對于需要進行大功率傳輸的饋線（器件），一般是較大口徑的波紋波導。如果采用徑向變化的方法研制模式激勵器，設計和加工難度都很大，體積也可能大到不便應用的程度。利用準光相位修正鏡面系統的方法研制模式激勵器，可以方便實現饋入波紋波導的波束分布，加工難度低，易于實現。

研制的95GHz準光HE11模式激勵器主要由波紋喇叭加雙相位修正鏡面系統構成。信號源輸出的微波信號以標準的BJ84矩形波導輸出，經過矩圓轉換后，接入準光HE11模式激勵器的波紋喇叭，喇叭輻射場經過相位修正鏡面系統對相位和幅度分布進行調整，在輸出波紋波導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計目標，以標量衍射理論為基礎，按照自適應相位修正算法（KSA）對相位修正反射鏡進行設計。測試結果表明高斯分布的標量含量大于99%，矢量含量大于96%。

2仿真結果

雙鏡面準光HE11模式激勵器仿真布局如圖1，波紋喇叭天線輻射場先后照射到兩個變形鏡面上，經過雙變形鏡面的相位修正后，在輸出波紋波導入口的觀測面上得到接近基模高斯束的場分布。其中波紋喇叭的設計輸出為：相當于距離喇叭口面16.5mm的距離上為束腰半徑6mm的基模高斯束。以此作為HE11模式激勵器的設計輸入，準光模式轉換器的目標場分布為TEM00，束腰9.2mm。

圖1雙鏡面HE11模式激勵器仿真布局

按照雙變形鏡面的布局，第二鏡面的目標場分布應該為束腰半徑9.2mmTEM00模的束腰處的場分布，第一鏡面的目標場分布應該為束腰半徑21.8mm的場分布。

圖2~圖5分別為經過數次優化后的觀測面上的場分布和第一、第二鏡面的形狀。

第二觀測面可以得到的標量和矢量轉換效率分別達到99.87%和99.38%。

圖2第二觀測面上的場幅度分布

圖3第二觀測面上的場的場相位分布

圖4第一相位修正鏡面形狀

圖5第二相位修正鏡面形狀