[发明专利]高功率微波径向线模式转换缝隙天线

说明书

本发明公开了一种高功率微波径向线模式转换缝隙天线，目的是解决高功率微波天线不紧凑，功率容量有限等问题。本发明由同轴波导、径向线漏波波导、法兰盘、模式转换透镜构成；径向线漏波波导由径向线底板、径向线中板、短路圆柱、缝隙阵列口面、波导壁构成，缝隙阵列口面的缝隙是沿圆周方向均匀排列的胶囊型缝隙，相邻缝隙之间加入圆环状凸字形台阶构成辐射枝节；模式转换透镜由第一匹配层，金属圆盘，填充介质，第二匹配层构成，金属圆盘由呈蜂窝状排列的模式转换单元组合而成，模式转换单元通过在棱柱体内部打孔形成。本发明结构紧凑，具有较高的功率容量和增益，解决了高功率微波天线功率容量有限且在高频段应用困难等问题。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的一种辐射天线，尤其是一种工作在高频段的高功率微波模式转换天线。

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。高功率微波的应用多种多样，主要包括：高功率脉冲雷达，应用于宽频带下精确分辨目标；高能粒子射频加速器，应用于高能物理、核物理研究；基于电子回旋共振机制对受控热核等离子体进行加热及高功率微波武器等领域。

迄今为止，高功率微波源的研究成果主要集中在L、S、C、X等波段(频率均在12GHZ以下)，而发展更高频率的高功率微波设备将是高功率微波研究领域的下一重点之一。结合高功率微波系统向高频发展的趋势，研制Ku波段(频段范围为12～18GHz)等高频紧凑型的高功率微波辐射系统显得愈发迫切。此外，多数高功率微波源(如虚阴极振荡器、相对论返波管、磁绝缘线振荡器等)产生的微波模式都为旋转轴对称模，如圆波导的TM₀₁模、TE₀₁模和同轴波导TEM模等。这些模式由于场分布和极化方向在波导横截面上绕波导轴具有旋转对称性，若直接发射或激励传统喇叭天线，将产生轴向为零的环状远场方向图，其能量分散、增益低，不利于高功率微波的定向发射与传输。

为了实现高功率微波的定向辐射，通常要应用高功率微波模式转换器将圆波导的TM₀₁模、TE₀₁模或同轴波导TEM模转换为易于定向发射的圆波导TE₁₁模，再由天线向外发射，现有的高功率微波模式转换器的长度一般在3～5个波导波长，这造成了整个高功率微波发射系统结构复杂，轴向长度大幅增加，在某些特定的应用场合(如空间尺寸有限的机载平台)应用受限。此外现有的Ku波段辐射天线损耗较大，功率容量有限，不适宜直接应用到高功率微波领域。

由于现有的高功率微波辐射系统结构复杂，轴向不够紧凑，而Ku波段的辐射天线损耗较大，功率容量较低，不能满足高功率微波的应用需求，如何设计一种新型的可以应用于Ku波段的紧凑型高功率微波辐射天线是本领域技术人员极为关注的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型高功率微波径向线模式转换缝隙天线，其结构紧凑，输入输出共轴，具有较高的功率容量和增益，用以解决目前高功率微波天线紧凑化程度不高，功率容量有限并且在高频段应用困难等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明由同轴波导、径向线漏波波导、法兰盘、模式转换透镜四部分构成。定义同轴波导、径向线漏波波导、法兰盘、模式转换透镜靠近微波源的一端为输入端，远离微波源的一端为输出端。同轴波导、径向线漏波波导、法兰盘、模式转换透镜按从输入到输出的顺序共轴相连。同轴波导一端与微波源相连作为高功率微波径向线模式转换缝隙天线的输入端口，另一端与径向线漏波波导的中心相连；径向线漏波波导的输入端中心与同轴波导相连，径向线漏波波导的输出端与法兰盘的输入端焊接在一起；法兰盘的输入端焊接在径向线漏波波导的输出端上，法兰盘的输出端通过螺钉与模式转换透镜连接固定。