一種新型高功率微波天線的製作方法
2023-06-09 19:01:41 1
專利名稱：一種新型高功率微波天線的製作方法
技術領域：
本發明屬於高功率微波輻射系統設計的技術領域，它涉及高功率微波輻射中的模式轉換、軸向輻射、縮短軸向長度、高功率容量和高效率輻射等技術。
背景技術：
高功率微波技術是上世紀七十年代隨著等離子物理和脈衝功率技術相結合而產生的一門新興學科。在軍事研究上對更高功率、更高能量和更高頻率的微波源的追求推動了高功率微波的發展。高功率微波源輸出的是圓波導的TMtln, TEtln模式，或者是同軸波導的TEM模式，而這些模式都是軸向場為零。如果將這些模式直接輻射出去就會出現軸向輻射為零、能量分 散、副瓣電平高等問題，無法將能量有效的集中到目標上。因此如何實現高功率微波能量的軸向輻射是首要問題。而隨著軍事和其它科學研究的不斷發展，對高功率微波輻射器件的功率容量和體積的小型化都提出的更高的要求。採用模式轉換器或模式轉換天線可以轉換場模式為中心能量最強，使高功率微波有效的集中在軸向輻射。而這些器件的功率容量、體積和方向圖的指向成為研究的重中之重。
發明內容
本發明的目的在於提供ー種工作於X波段的高功率微波天線。針對饋入電磁波為圓波導中的TM01模式的情況，採用徑向線縫隙陣列的結構形式，在輻射表面中心處加可調節的圓柱腔。該發明具有結構形式簡單，軸向長度短，輸入輸出共軸，功率容量高，輻射效率聞的優點。傳統的高功率微波福射器要進行模式轉換，但是一般的模式變換器不僅結構複雜而且通常軸向長度為五個波長以上，本發明不需進行模式變換，因此較大的縮短了軸向長度。而且由於其結構中沒有加入介質同時在輻射表面的縫隙中適當增加縫寬並且縫兩端導圓角，所以具有較高的功率容量。在徑向線的中心處添加高度可調節的圓柱腔，通過調節腔體高度可以改善駐波特性；通過調節縫隙的尺寸，可以改善天線的輻射特性，從而使得高功率微波的輻射具有很高的效率。本文所發明的高功率微波天線由饋電圓波導、金屬底板、縫隙輻射面、徑向終端短路側壁和圓柱腔組成。通過控制徑向波導的高度可以使圓波導中的TM01模的電磁波傳輸到徑向波導中時只存在沿徑向傳播的TEM模電磁波。在金屬輻射面上按照一定的規律開縫，通過調節縫隙的尺寸、徑向距離、方位角度以及與徑向的夾角，可以使縫隙對在軸向方向輻射線極化或者是圓極化的電磁波。然後通過一定數量的縫隙以組成陣列的形式讓其在軸向方向疊加，就可以實現電磁波高效率的軸向輻射。在輻射面的中心處加高度可調節的圓柱腔，可以對該天線的駐波特性進行調節。與採用模式變換結構的傳統高功率微波天線相比該天線具有以下優點
(I)採用徑向線的形式，使得天線軸向長度得到大幅度減小。(2)結構中沒有任何介質材料，採用圓角縫隙形狀，具有較高的功率容量。(3)該天線輸入和輸出共軸。(4)通過調節輻射縫隙的排布方式，可以實現輻射波的線極化或者圓極化。(5)中心處設置可調節的終端短路圓波導，可以對所需頻段的駐波進行調節。
圖I是本發明結構的三視圖；其中I是饋電圓波導、2是金屬底板、3是縫隙輻射面、4是徑向終端短路側壁、5是圓柱腔。圖2是縫隙排布說明圖；圖3是天線的反射係數曲線圖；圖4是Φ = 0°面內增益方向圖；圖5是Φ = 90°面內增益方向圖；圖6是Φ =45°面內主瓣範圍內主極化和交叉極化方向圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的徑向線高功率微波天線由饋電圓波導I、金屬底板2、縫隙輻射面3、徑向終端短路側壁4和圓柱腔5組成。本發明工作於X波段，從圓波導饋入TMtll模式的電磁波，電磁波傳播至兩個金屬板時形成沿徑向傳輸的 Μ模的電磁波。電磁波在沿徑向傳輸的過程中，向外行波和經過短路側壁反射後的向內行波分別通過輻射面的縫隙向外輻射能量，通過恰當的縫隙排列能使各縫隙對的輻射在軸向方向疊加，從而使能量在軸向方向的集中輻射。此處設計的是線極化天線，縫隙的相關參數如圖2所示。每個縫隙對由兩個中心處於同一方位角且相互垂直的縫隙組成，縫隙的長度為L，寬度為t，所在方位角的角度為Φ。縫隙中心距圓心的距離分別為P1和P2，與所在方位角徑向的夾角分別為V1和Ψ2。要使該縫隙對輻射線極化電磁波，則縫隙間的相位差應為0°或者180° (這裡選擇180° )，即Pェ和P2應滿足以下關係⑴其中Xg為波導波長。要使位於不同角度上的縫隙對都輻射同一個極化方向的線極化電磁波，則F1和Ψ2分別應該滿足以下關係ψ'=—— (2)
2
%=90。-|(3)、
根據以上結論可以按照環形的形式來排列縫隙對，將縫隙對排列在若干個圓周上，這些圓周的半徑為
權利要求
1.ー種新型高功率微波天線，包括圓波導I、金屬底板2、縫隙輻射面3、徑向終端短路側壁4和圓柱腔5。
2.根據權利要求I所述的新型高功率微波天線，其特徵在於，在傳輸TMtll模式電磁波的圓波導的末端，加徑向線縫隙陣列輻射結構，相較於傳統的利用模式變換結構的高功率微波輻射器件，大大減小了輻射器縱向的長度。
3.根據權利要求I所述的新型高功率微波天線，其特徵在幹，中心處短路板的大小和位置對輻射器在工作頻帶內的駐波有調節作用。
4.根據權利要求I所述的新型高功率微波天線，其特徵在於，調整輻射縫隙的排布方式可以形成線極化或者圓極化的輻射波。
5.根據權利要求I所述的新型高功率微波天線，其特徵在於，金屬側壁降低了側向輻射，利用反射波提高了増益。
全文摘要
本發明提供了一種徑向線縫隙陣列天線用於高功率微波的輻射，通過在傳輸TM01模的圓波導的末端連接徑向線縫隙陣列結構，使其能夠將軸向能量為零的TM01模式形成能量集中在軸向的輻射場。本發明工作在X波段，帶寬5.8％內，反射係數小於-10dB。有兩圈縫隙對時在頻帶內增益不低於20dB。從仿真結果看，在工作頻率輻射效率可達到92％，功率容量為GW量級。輻射面半徑為4λg。從饋電圓波導末端到天線末端的縱向長度為1.35λg。本發明具有縱向長度小、功率容量大、輸入和輸出共軸、軸向輻射、輻射效率高、易調節等優點。
文檔編號H01Q1/36GK102694231SQ20111006890
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月22日 優先權日2011年3月22日
發明者周海京, 宋博, 張銀, 楊峰, 楊鵬, 歐陽駿, 聶在平 申請人:電子科技大學