[发明专利]一种基于衍射周期结构的高功率微波模转天线

说明书

本发明公开了一种基于衍射周期结构的高功率微波模转天线，属于微波天线技术领域。该天线由初级馈源和天线阵面组成，初级馈源为一种可产生旋转轴对称模式的模式激励器，并采用正馈方式对天线阵面进行馈电；天线阵面为多个多层开槽金属薄板上下叠加而成的透射单元周期性排列而成。本发明天线使用开槽缝的金属薄板作为辐射阵面，相比传统微带阵列天线，功率容量大幅提高；可以将任意旋转轴对称模式转换为单一线极化模式，具有广泛的应用领域；同时还具有高增益、低剖面、结构简单、易于加工等优势。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种基于衍射周期结构的高功率微波模转天线。

背景技术

高功率微波是指微波的脉冲峰值功率在100MW以上，频率在0.5～300GHz范围内的电磁波，由于其自身显著的特点和优势，近年来高功率微波技术发展迅速，在国防、民用和科学研究等领域都显示出巨大的前景。高功率微波源是高功率微波系统中的核心器件之一。多数高功率微波源具有旋转对称输出结构，因此它们产生的模式多为旋转轴对称模式。例如，采用同轴提取的相对论速调管等输出同轴TEM模，而采用轴向提取的相对论返波管等输出圆波导TM₀₁模。无论是TEM模还是TM₀₁模，由于它们的远场分布呈现空心圆锥状，大部分能量没有集中于轴向上，不利于空间远距离传输。在实际应用中，通常要将同轴TEM模和圆波导TM₀₁模转换为圆波导TE₁₁模或准高斯模。

针对这一问题，2005年，张玉文等人在文献“组合型TM₀₁-TE₁₁弯形圆波导模式转换器研究”(张玉文,舒挺,袁成卫.组合型TM₀₁-TE₁₁弯形圆波导模式转换器研究[J].强激光与粒子束,2005,17(1):117-120)中提出一种TM₀₁-TE₁₁弯形圆波导模式转换器，该模式转换器通过采用组合型结构，实现了输出端口与输入端口轴线重合，但其变换链路过长，尺寸过大，无法满足整个传输系统小型化的要求。

2012年，Xianrong Zhang等人提出一款工作于220GHz的Vlasov模式转换天线(ZhangX,Wang Q,ChengY,et al.Design ofa 220GHzVlasov(antenna)mode converter[C].International Workshop on Microwave and Millimeter Wave Circuits andSystem Technology.IEEE,2012:1-2)，该模式转换天线可将TM₀₃模转换为准高斯模式，在190-250GHz范围内转换效率大于80％，天线增益最高达到31.8dB。但上述Vlasov模式转换天线辐射方向随着频率的变化而变化，且与轴线夹角较大，无法满足微波输出仍沿轴向的要求，应用范围有限。

2017年，赵加宁等人在专利“一种基于平面结构的新型模式转换天线”(申请号：CN201710219562.9，申请日期：2017.04.06，申请公布日：2017.08.11，公开号：CN107039781A)中提出一种平面反射阵列模式转换天线，该天线可实现单元相位的任意调节，但缺点是存在馈源遮挡，并且使用介质作为单元基板，容易发生介质损耗和介质击穿，不利于在高功率微波中应用。

总之，目前所用模式转换器总体来说存在口径效率较低、体积较大、应用范围有限等问题。

发明内容

本发明提出了一种基于衍射周期结构的高功率微波模转天线，该天线具有高增益、低剖面、结构简单、易于加工等优点。

本发明采取的技术方案是：