基于毫米波準光模式傳輸和變換理論，詳細研究了準光模式激勵器通過波紋喇叭天線、準拋物柱面反射器和同軸開放式諧振腔激勵圓極化高階目標模式的原理。分析了W 波段波紋喇叭天線產生準高斯模式HE11的過程；利用幾何射線法研究了準拋物反射面天線作為腔體輻射饋源的設計方法；通過小孔耦合理論研究了側壁開孔的三段式同軸諧振腔激勵高階模式的機理。同時，該文還優(yōu)化設計了工作模式為TE62模，工作中心頻率為94. 8 GHz 的準光模式激勵器，使用三維電磁仿真軟件FEKO 仿真計算結果表明該模式激勵器在94 ～ 96 GHz 頻率范圍內目標模式的純度超過95%，系統(tǒng)效率達到34%。

　　回旋管作為一種新型的電真空器件，在熱核聚變控制、高功率電磁加熱和毫米波雷達等方面有非常重要的應用。為了提高回旋管功率容量常使其工作在高階邊廊模或高階體模，由于這種高階模式不方便直接傳輸和使用，因此需要借助準光模式變換器將其轉化為低階模式( 如TEM00或HE11) 。為了對準光模式變換器進行測試，需要設計出能夠產生高純度圓極化的高階目標模式的激勵器來模擬回旋管的高階模式輸出。國外學者對于這種測試技術( 稱為冷測或低功率測量) 進行了深入的研究。Aleksandrov 首先提出了準光模式激勵器的設計方法，他使用準光反射器將高斯波束饋入一個帶有耦合小孔陣列的開放諧振腔，通過諧振腔的激勵產生圓極化的目標模式；隨后，他又提出使用同軸諧振腔來解決模式競爭問題，并設計了工作頻率為118 GHz，工作模式為TE22，6的模式激勵器。Castro 等在詳細研究開放諧振腔Q 值的基礎上設計了10 GHz，TE02的模式激勵器。Pereyaslavets等在Densiov 和Vlasov 對準光反射器研究的基礎上詳細研究了帶有小孔陣列的開放諧振腔的耦合原理，并設計了140 GHz，TE76，2的模式激勵器，將準光模式激勵法的效率從2% 提高到22%。Arnold 等設計了140 GHz，TE28，8的模式激勵器;隨后，他們改善方案實現(xiàn)了在105 ～ 150 GHz 的連續(xù)波段和9 個不同的工作模式下都得到了較高的模式純度。國內對于準光技術的研究起步較晚，這種準光模式激勵器的研究少有文獻報導。

　　本文在國外學者對準光模式激勵器研究的基礎上，詳細研究了將低功率信號源輸出的微波功率饋入波紋喇叭天線產生高斯波束，并將高斯波束饋入帶有小孔陣列的同軸開放腔激勵目標模式的過程。在此基礎上設計了工作模式為TE62的W 波段準光模式激勵器，模式純度95%以上的帶寬達到2 GHz。

　　本文的工作為回旋管冷測用模式激勵器的研究提供了理論依據(jù)和仿真設計方法，有助于推動更高階工作模式的回旋管和毫米波準光器件的研究。

1、準光模式激勵

　　工作于高階模式的回旋管采用內置準光模式變換器作為輸出結構，其在安裝之前需要采用模式激勵器激勵高階模式對其進行冷測。冷測中一般采用固態(tài)微波源如信號發(fā)生器、矢量網(wǎng)絡分析儀等產生微波信號，通過標準波導饋入到模式激勵器并激勵所需要的高階模式，這種被激勵起的高階目標模式就作為待測準光模式變換器的輸入信號。利用模式激勵器對回旋管輸出結構進行冷測的結構如圖1 所示。準光模式激勵器系統(tǒng)主要由波紋喇叭天線( H1) 、曲面反射器( M0) 和開放式諧振腔三部分組成。信號源輸出特定頻率的微波信號饋入波紋喇叭天線，輻射出準高斯平面波，利用拋物柱面反射器的聚焦作用將平面波耦合進諧振腔，通過諧振腔的選模特性激勵起所需要的高階模式。

圖1 準光模式變換器冷測結構示意圖

3、結論

　　本文從毫米波系統(tǒng)準光傳輸理論出發(fā)，詳細研究了使用波紋喇叭作為初級饋源，利用準拋物面反射器將高斯波束反射饋入帶有側壁開孔的三段式同軸開放式諧振腔激勵高階模式的原理；優(yōu)化設計了工作于3 mm 波段的喇叭天線，其增益達到20 dB 并且輻射準高斯模式HE11；通過對天線和反射面系統(tǒng)進行計算給出了諧振腔的位置，最后對準光模式激勵器系統(tǒng)進行整體仿真計算和位置優(yōu)化，結果表明該模式激勵器輸出的圓極化TE62模式純度在95%以上，工作帶寬為2 GHz，系統(tǒng)效率達到34%。