[发明专利]高功率微波一维波束可扫直线阵列天线

说明书

本发明公开了一种高功率微波一维波束可扫直线阵列天线，目的是提高直线阵列波束扫描范围，保持辐射效率。本发明由矩形波导和一维直线阵列组成；一维直线阵列由M个辐射单元构成，辐射单元安装在矩形波导窄边上；辐射单元由反射消除杆，螺旋线内导体和耦合腔组成；螺旋线内导体经过耦合腔插入矩形波导内，穿过矩形波导，外接步进电机。螺旋线内导体由直圆柱体，半圆环和一段螺旋线构成，相邻两个螺旋线内导体的空间方位角度差为一个常量，耦合腔一端为圆柱凸台，一端为长方体，耦合腔内部挖有四个不同形状的孔，M个耦合腔的旋转角θ_m不同。本发明可使波束扫描范围达到70度；辐射效率整个波束扫描范围内保持在95％以上，且工程上容易实现。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的天线，尤其是一种具有一维波束扫描能力的高功率微波天线。

背景技术

随着脉冲功率技术和等离子体学科的发展，高功率微波源获得了更高频率，更长脉冲，更高峰值功率，以及更高重复频率的微波脉冲，这为进一步推广高功率微波技术的应用奠定了基础。高功率微波天线是高功率微波系统的终端，其性能很大程度上决定了高功率微波系统的辐照能力。在一些高功率微波系统的实际应用中，要求天线辐射的微波波束能持续辐照到运动目标上，这就对波束可扫的高功率微波天线的研究提出了需求。对于直线阵列天线而言，其波束指向与工作频率和波导传播常数有关。现有的电真空高功率微波源的工作机制是束波换能，其输出频率带宽较窄且频率难以控制，这使得传统的基于频率可调的波束扫描方式难以实现。杨一明博士提出了一种通过调整矩形波导宽边尺寸的高功率微波波束扫描的缝隙天线阵(A beam steering antenna for X-band high powerapplications)，实现了约30°范围的一维波束扫描；但是对于尺寸较大(如矩形波导长度大于2m)的直线阵列天线，在工程上要实现对矩形波导宽边尺寸的整体均匀调整，困难较大；且在波束扫描过程中，天线辐射效率从95％以上下降到约80％，造成较大的能量浪费。因此，针对上述问题，发明一种具有更宽波束扫描范围，波束扫描的调整方式在工程上更容易实现的，且具有更高辐射效率的高功率微波波束扫描天线具有重要的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的直线阵列波束扫描范围较窄，解决波束扫描过程中辐射效率的下降，波束扫描范围小的问题，且在工程上可通过步进电机来控制实现波束扫描。

本发明的技术方案是：

本发明是全金属结构，由两部分构成，第一部分是矩形波导，第二部分是辐射单元构成的一维直线阵列。微波由矩形波导的注入端注入，矩形波导的输出端外接匹配负载。一维直线阵列由M(一般而言：20M500)个辐射单元构成，相邻辐射单元间距为d(0.5λdλ，其中λ为微波在自由空间的波长)，沿x轴方向安装在矩形波导窄边上。辐射单元构成的一维直线阵列按矩形波导的注入端向输出端的方向依次为第一辐射单元，第二辐射单元，第三辐射单元…第m辐射单元…第M辐射单元，其中1mM。