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

　　3  加工測(cè)試結(jié)果

　　圖6為加工完成后的HE11模式激勵(lì)器照片。

　　圖6  模式激勵(lì)器照片

　　圖7~圖10為HE11模式激勵(lì)器實(shí)測(cè)幅度和相位分布。圖7中實(shí)線為實(shí)測(cè)分布劃出的束腰位置，點(diǎn)劃線為理想的束腰位置，圖9和圖10中的綠色線分別為理想的幅度和相位分布。

　　圖7  測(cè)試結(jié)果——幅度分布

　　圖8  測(cè)試結(jié)果——相位分布

　　圖9  幅度分布正交取樣

　　圖10  相位分布正交取樣

　　實(shí)測(cè)結(jié)果表明高斯束腰的標(biāo)量和矢量含量分別達(dá)到99.33%和96.25%。從實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，HE11模式激勵(lì)器的輸出幅度分布非常接近理想的高斯分布，而相位分布要差一些，但是能量主要集中部分的相位差值也都保持在±10°之內(nèi)。

　　4  結(jié)論

　　在實(shí)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，由于波紋喇叭加工不理想，輸出的場(chǎng)分布與理想分布相差較大，這樣會(huì)嚴(yán)重影響HE11模式激勵(lì)器的輸出場(chǎng)分布。后來經(jīng)過對(duì)波紋喇叭和鏡面的調(diào)整，取得了以上較好的結(jié)果?？梢灶A(yù)見，如果對(duì)波紋喇叭和其他一些結(jié)構(gòu)的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，取得更好的結(jié)果也是可能的。