[发明专利]高功率微波移相器

说明书

技术领域

本发明涉及通信器件技术领域，具体涉及一种高功率微波移相器。 

背景技术

高功率微波（High-Power Microwave，缩写为HPM）一般是指频率在300MHz到300GHz、峰值功率大于100MW或平均功率大于1MW的强电磁辐射。高功率微波的主要应用包括：通过电子回旋共振机制对受控热核等离子体加热；用于高功率短脉冲雷达，实现较宽频带下精确分辨被探测和跟踪的目标；为地球和太空之间传输能量，为宇宙飞船发射到太空轨道或者轨道之间变换提供能量；用于高能粒子射频加速器，进行高能物理、核物理科学研究以及用于HPM定向能量武器等领域。 

微波移相器是微波、毫米波技术领域中一种常见的器件，在雷达系统、通信系统、电子对抗系统等多个领域具有广泛的应用，微波移相器性能的优劣会对系统性能产生重要影响。常规低功率容量的波导式移相器包括压缩波导式移相器以及加载介质旋转式移相器等；压缩波导式移相器是通过在波导E面中线开纵向窄缝，从而可以压缩波导的E面尺寸；而加载介质旋转式移相器是通过波导内加入不同长度的介质，通过介质调节微波的不同移相常数而实现移相。在高功率微波研究领域，由于其具有强电磁场的特点，现有技术中的高功率微波移相器是采用钇铁石榴石（YIG）等铁氧体材料，通过改变外加磁场或电场的幅度，改变铁氧体材料的传播常数，从而实现相位的调节。 

然而，由于铁氧体材料在强电磁场作用下很容易发生击穿，因此现有技术中高功率微波移相器的功率容量非常有限，实验中测得基于钇铁石榴石的高功率移相器的击穿阈值在2.2MV/m左右，功率容量在 兆瓦以下；而且钇铁石榴石（YIG）等铁氧体材料不可避免地会造成功率损耗，因此可能会影响移相器的工作效率；同时，由于铁氧体材料尺寸较大，因此，此类移相器通常整体体积庞大；此外，由于材料所限，现有技术中的高功率微波移相器通常工作在低频（如1GHz左右），而在高频例如X波段，则很难实现或者制造高功率微波移相器。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明的目的在于提供一种紧凑型的高功率微波移相器，用于解决现有技术中高功率微波移相器尺寸大、功率容量低等问题。 

（二）技术方案 

本发明技术方案如下： 

一种高功率微波移相器，包括： 

矩形波导、位于所述矩形波导一个E面的圆波导以及位于所述矩形波导其他面的模转变及圆极化单元； 

所述圆波导内设置有可沿所述圆波导轴线方向运动的短路活塞； 

所述模转变及圆极化单元用于将TE10模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TE11模微波输入所述圆波导。 

优选的，所述矩形波导由相对设置的第一E面和第二E面以及相对设置的第一H面和第二H面组成；所述圆波导位于所述第一E面； 

所述模转变及圆极化单元包括： 

位于所述第二E面的短路圆波导段、位于所述第一H面的短路矩形波导段以及位于所述第二H面的短路圆柱波导段。 

优选的，所述矩形波导和圆波导为临界过模波导。 

优选的，所述矩形波导输入端口和输出端口之间的隔离度大于30dB，所述输入端口的反射系数小于-30dB。 

优选的，所述矩形波导内设置有分别位于所述第一H面两端的匹配金属片；所述圆波导内设置位于所述短路活塞与矩形波导之间的匹 配金属环。 

优选的，所述短路活塞为扼流式短路活塞。 

优选的，所述扼流式短路活塞包括同轴且依次设置的第一圆柱、第二圆柱以及第三圆柱；所述第一圆柱与第三圆柱半径相同且比所述第二圆柱半径大四分之一导波波长的奇数倍；所述第一圆柱、第二圆柱以及第三圆柱高度相同且均为四分之一导波波长的奇数倍。 

优选的，所述矩形波导、圆波导、短路圆波导段、短路矩形波导段、短路圆柱波导段匹配金属片以及匹配金属环均为金属材质。 

优选的，还包括与所述短路活塞连接的驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述短路活塞沿所述圆波导轴线方向运动。 

优选的，所述驱动结构为高速数字电控伺服电机。 

（三）有益效果