CN104638372B - 一种极化可重构的高功率微波馈源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极化可重构的高功率微波馈源，包括一个内部抽真空的箱体，箱体内采用波纹喇叭、两个相位修正镜和两个圆极化栅网的组合，可按需输出左旋/右旋/任意极化方向线极化的波束，且输出波束截面幅度和相位分布可通过相位修正镜的设计进行控制。本发明结构紧凑，输出波束的极化状态可按需进行变换,且波束的截面电场幅度和相位分布可设计，可广泛应用于高功率微波发射系统和雷达发射系统等领域。

Description

一种极化可重构的高功率微波馈源
技术领域
本发明属高功率微波天馈技术领域，具体是指一种输出波束极化可重构的高功率微波馈源。
背景技术
高功率微波技术(High Power Microwave，HPM)技术是核技术中衍生出的一门新兴学科领域，是脉冲功率技术、相对论电真空器件、天线技术等多学科相结合的综合学科。其中高功率微波天线的作用是将高功率微波定向发射到自由空间，在高功率微波系统中起到了关键作用。
随着高功率微波逐渐向高频段发展，由于高功率微波器件输出波导为过模结构，采用传统的波导式馈线技术已不能满足天馈系统紧凑性要求，因此主要选择波束波导作为反射面天线的馈线，为了提高波束波导的馈电效率，就需要馈源的输出口面电场幅度和相位分布可控，且输出波束的极化方向可以随应用需求实时改变。目前已有的喇叭式高功率微波馈源难以满足上述要求。
发明内容
本发明的目的是解决目前馈源难以控制输出波束截面幅度、相位分布和极化特性等难题，发明了一种输出波束极化可重构的新型高功率微波馈源，可以通过所述两个相位修正镜实现对输出波束截面幅度、相位分布的控制，通过所述两个栅网实现对极化特性的控制。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种极化可重构的高功率微波馈源，包括一个内部中空的箱体，所述箱体底面上设置有波纹喇叭，与波纹喇叭对立的箱体内顶面上设置有第一相位修正镜，所述箱体的顶面与底面非平行的；在箱体内的一个侧面上设置有第二相位修正镜，与第二相位修正镜对立的箱体内侧面上设置有圆孔；在箱体外表面的圆孔上设置有两层圆极化栅网，每一层圆极化栅网连接一个电机，所述电机设置子箱体外表面上，所述最外层圆极化栅网上设置有介质窗；所述箱体内为真空。
在上述技术方案中，所述箱体底面设置有圆孔，所述波纹喇叭穿过圆孔与箱体底面连接。
在上述技术方案中，所述第一面相位修正镜的角度设置为将波纹喇叭照射到第一个相位修正镜中心的射线反射到第二面相位修正镜的中心。
在上述技术方案中，所述第二面相位修正镜的角度设置为将被第一面相位修正反射到第二个相位修正镜中心的射线再反射到圆极化栅网的中心。
在上述技术方案中，所述圆极化栅网为环形盘装，盘装内部有平行的间距一致的方槽孔。
在上述技术方案中，所述方槽孔内设置有栅网栅条。
在上述技术方案中，所述圆极化栅网在电机作用下旋转的角度是栅条与第二相位修正镜反射波束电场线极化方向的夹角。
在上述技术方案中，所述圆极化栅网包括但不限于金属栅网、介质栅网。
在上述技术方案中，所述介质窗为透电磁波介质。
本发明的工作原理：高功率微波从波纹喇叭馈入后，以高斯波束形式照射到第一相位修正镜上，经相位修正后以期望的馈源输出波束截面幅度分布照射到第二相位修正镜上，此时波束相位分布并不规律，经第二相位修正镜反射后获得期望的馈源输出波束截面相位分布，此时波束的电场极化方向为固定极化方向的线极化，定义栅网角度是指圆极化栅网栅条与相位修正镜反射波束电场线极化方向的夹角，当两个步进电机分别控制圆极化栅网旋转到特定角度的组合时，就可输出左旋、右旋、任意极化方向线极化的波束。两层圆极化栅网旋转不同角度组合对应不同的输出波束极化特性，见下表。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用波纹喇叭、两个相位修正镜和两个栅网的组合，可按需输出左旋/右旋/任意极化方向线极化波束，且输出波束截面幅度和相位分布可设计。该系统结构紧凑，输出波束极化可变换，可广泛应用于高功率微波发射系统、雷达、和大功率毫米波发射系统等领域。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧剖视图；
图3是输出口波束截面幅度分布图；
其中：1是波纹喇叭；2是第二相位修正镜；3是箱体；4是第一相位修正镜；5a、5b是电机；6a、6b是圆极化栅网；7是介质窗。
具体实施方式
如图1所示，本发明由波纹喇叭、第一相位修正镜、箱体、第二相位修正镜、两个步进电机、两个圆极化栅网和介质窗构成，在箱体内抽真空以提高功率容量。
波纹喇叭为微波领域中常用的喇叭，采用金属加工，其作用是将高功率微波器件输出的TE11模式高功率微波转换为HE11模式并以准高斯波束辐射出去。
第一相位修正镜采用金属制造，为内凹形镜面，面型通过特殊设计，其作用是将波纹喇叭照射到第一相位修正镜上的幅度呈高斯分布的波束进行相位修正，以期望的馈源输出波束截面幅度分布照射到第二相位修正镜上。
第二相位修正镜采用金属制造，为内凹形镜面，面型通过特殊设计，其作用是将照射到第二相位修正镜上相位不规整的波束进行相位修正，以期望的馈源输出波束截面相位分布反射到圆极化栅网6a上。
箱体为多边形直柱形轮廓，内部为中空，其轮廓可将两个相位修正镜包含，底面开有一个圆孔用于与波纹喇叭连接，侧面有一圆孔和圆柱型孔，用于安装两个栅网和介质窗。
两个个电机作用是在控制指令下将分别将圆极化栅网6a和圆极化栅网6b旋转相应的角度。
两个个栅网为圆极化栅网，其作用是将第一相位修正镜反射的垂直线极化波束进行极化变换，如图2所示；另一种圆极化栅网结构，其栅网旋转角度是指栅网栅条与相位修正镜反射波束电场线极化方向的夹角。此处圆极化栅网以金属栅网为例说明其结构和作用，但不排斥其他类型的圆极化器，如介质栅网等。
介质窗采用透电磁波介质加工，其作用是隔离外界大气环境和所述馈源内部的真空环境，形状为一定厚度的圆片。
按上述发明方案设计了一款工作频率为9.4GHz的X波段新型高功率微波馈源，设计波纹喇叭结构馈入圆波导直径为50mm，喇叭口径为120mm，第一相位修正镜直径约为480mm，第二相位修正镜直径约为650mm，输出口波束直径为580mm，输出口波束截面幅度分布为如图3所示的平顶分布，相位分布为等相位，由于输出波束截面幅度分布在中心比较均匀，因此在相同介质窗尺寸下可比高斯分布输出波束的传统馈源喇叭获得更高的功率容量。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种极化可重构的高功率微波馈源，其特征在于包括一个内部抽真空的密封箱体，所述箱体底面上设置有波纹喇叭，与波纹喇叭对立的箱体内顶面上设置有第一相位修正镜，所述箱体的顶面与底面非平行的；在箱体内的一个侧面上设置有第二相位修正镜，与第二相位修正镜对立的箱体内侧面上设置有圆孔；在箱体外表面的圆孔上设置有两层可转动的圆极化栅网，每一层圆极化栅网分别连接一个电机，所述电机设置子箱体外表面上，所述最外层圆极化栅网再往外设置有介质窗；所述箱体内为真空；
所述箱体底面设置有圆孔，所述波纹喇叭穿过圆孔与箱体底面连接；
所述圆极化栅网在电机作用下旋转的角度是栅条与第二相位修正镜反射波束电场线极化方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种极化可重构的高功率微波馈源，其特征在于所述第一相位修正镜的角度设置为将波纹喇叭照射到第一相位修正镜中心的射线反射到第二相位修正镜的中心。
3.根据权利要求1所述的一种极化可重构的高功率微波馈源，其特征在于所述第二相位修正镜的角度设置为将被第一相位修正镜反射到第二相位修正镜中心的射线再反射到圆极化栅网的中心。
4.根据权利要求1所述的一种极化可重构的高功率微波馈源，其特征在于所述圆极化栅网包括但不限于金属栅网、介质栅网。
5.根据权利要求1所述的一种极化可重构的高功率微波馈源，其特征在于所述介质窗为透电磁波介质。
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