专利名称：一种新型高功率微波天线的制作方法
技术领域：
本发明属于高功率微波辐射系统设计的技术领域，它涉及高功率微波辐射中的模式转换、轴向辐射、缩短轴向长度、高功率容量和高效率辐射等技术。
背景技术：
高功率微波技术是上世纪七十年代随着等离子物理和脉冲功率技术相结合而产生的一门新兴学科。在军事研究上对更高功率、更高能量和更高频率的微波源的追求推动了高功率微波的发展。高功率微波源输出的是圆波导的TMtln, TEtln模式，或者是同轴波导的TEM模式，而这些模式都是轴向场为零。如果将这些模式直接辐射出去就会出现轴向辐射为零、能量分 散、副瓣电平高等问题，无法将能量有效的集中到目标上。因此如何实现高功率微波能量的轴向辐射是首要问题。而随着军事和其它科学研究的不断发展，对高功率微波辐射器件的功率容量和体积的小型化都提出的更高的要求。采用模式转换器或模式转换天线可以转换场模式为中心能量最強，使高功率微波有效的集中在轴向辐射。而这些器件的功率容量、体积和方向图的指向成为研究的重中之重。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种工作于X波段的高功率微波天线。针对馈入电磁波为圆波导中的TM01模式的情况，采用径向线缝隙阵列的结构形式，在辐射表面中心处加可调节的圆柱腔。该发明具有结构形式简单，轴向长度短，输入输出共轴，功率容量高，辐射效率闻的优点。传统的高功率微波福射器要进行模式转换，但是一般的模式变换器不仅结构复杂而且通常轴向长度为五个波长以上，本发明不需进行模式变换，因此较大的缩短了轴向长度。而且由于其结构中没有加入介质同时在辐射表面的缝隙中适当增加缝宽并且缝两端导圆角，所以具有较高的功率容量。在径向线的中心处添加高度可调节的圆柱腔，通过调节腔体高度可以改善驻波特性；通过调节缝隙的尺寸，可以改善天线的辐射特性，从而使得高功率微波的辐射具有很高的效率。本文所发明的高功率微波天线由馈电圆波导、金属底板、缝隙辐射面、径向终端短路侧壁和圆柱腔组成。通过控制径向波导的高度可以使圆波导中的TM01模的电磁波传输到径向波导中时只存在沿径向传播的TEM模电磁波。在金属辐射面上按照一定的规律开缝，通过调节缝隙的尺寸、径向距离、方位角度以及与径向的夹角，可以使缝隙对在轴向方向辐射线极化或者是圆极化的电磁波。然后通过一定数量的缝隙以组成阵列的形式让其在轴向方向叠加，就可以实现电磁波高效率的轴向辐射。在辐射面的中心处加高度可调节的圆柱腔，可以对该天线的驻波特性进行调节。与采用模式变换结构的传统高功率微波天线相比该天线具有以下优点
(I)采用径向线的形式，使得天线轴向长度得到大幅度减小。(2)结构中没有任何介质材料，采用圆角缝隙形状，具有较高的功率容量。(3)该天线输入和输出共轴。(4)通过调节辐射缝隙的排布方式，可以实现辐射波的线极化或者圆极化。(5)中心处设置可调节的終端短路圆波导，可以对所需频段的驻波进行调节。
图I是本发明结构的三视图；其中I是馈电圆波导、2是金属底板、3是缝隙辐射面、4是径向終端短路侧壁、5是圆柱腔。图2是缝隙排布说明图；图3是天线的反射系数曲线图；图4是Φ = 0°面内增益方向图；图5是Φ = 90°面内增益方向图；图6是Φ =45°面内主瓣范围内主极化和交叉极化方向图。
具体实施例方式參照图1，本发明的径向线高功率微波天线由馈电圆波导I、金属底板2、缝隙辐射面3、径向终端短路侧壁4和圆柱腔5组成。本发明工作于X波段，从圆波导馈入TMtll模式的电磁波，电磁波传播至两个金属板时形成沿径向传输的 Μ模的电磁波。电磁波在沿径向传输的过程中，向外行波和经过短路侧壁反射后的向内行波分别通过辐射面的缝隙向外辐射能量，通过恰当的缝隙排列能使各缝隙对的辐射在轴向方向叠加，从而使能量在轴向方向的集中辐射。此处设计的是线极化天线，缝隙的相关參数如图2所示。每个缝隙对由两个中心处于同一方位角且相互垂直的缝隙组成，缝隙的长度为L，宽度为t，所在方位角的角度为Φ。缝隙中心距圆心的距离分别为P1和P2，与所在方位角径向的夹角分别为V1和Ψ2。要使该缝隙对辐射线极化电磁波，则缝隙间的相位差应为0°或者180° (这里选择180° )，即Pェ和P2应满足以下关系⑴其中Xg为波导波长。要使位于不同角度上的缝隙对都辐射同一个极化方向的线极化电磁波，则F1和Ψ2分别应该满足以下关系ψ'=—— (2)
2
%=90。-|(3)、
根据以上结论可以按照环形的形式来排列缝隙对，将缝隙对排列在若干个圆周上，这些圆周的半径为
权利要求
1.ー种新型高功率微波天线，包括圆波导I、金属底板2、缝隙辐射面3、径向终端短路侧壁4和圆柱腔5。
2.根据权利要求I所述的新型高功率微波天线，其特征在于，在传输TMtll模式电磁波的圆波导的末端，加径向线缝隙阵列辐射结构，相较于传统的利用模式变换结构的高功率微波辐射器件，大大减小了辐射器纵向的长度。
3.根据权利要求I所述的新型高功率微波天线，其特征在干，中心处短路板的大小和位置对辐射器在工作频带内的驻波有调节作用。
4.根据权利要求I所述的新型高功率微波天线，其特征在于，调整辐射缝隙的排布方式可以形成线极化或者圆极化的辐射波。
5.根据权利要求I所述的新型高功率微波天线，其特征在于，金属侧壁降低了侧向辐射，利用反射波提高了増益。
全文摘要
本发明提供了一种径向线缝隙阵列天线用于高功率微波的辐射，通过在传输TM01模的圆波导的末端连接径向线缝隙阵列结构，使其能够将轴向能量为零的TM01模式形成能量集中在轴向的辐射场。本发明工作在X波段，带宽5.8％内，反射系数小于-10dB。有两圈缝隙对时在频带内增益不低于20dB。从仿真结果看，在工作频率辐射效率可达到92％，功率容量为GW量级。辐射面半径为4λg。从馈电圆波导末端到天线末端的纵向长度为1.35λg。本发明具有纵向长度小、功率容量大、输入和输出共轴、轴向辐射、辐射效率高、易调节等优点。
文档编号H01Q1/36GK102694231SQ20111006890
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者周海京, 宋博, 张银, 杨峰, 杨鹏, 欧阳骏, 聂在平 申请人:电子科技大学