专利名称：微波合束发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波功率合成技术，特别涉及一种微波合束发射装置。
背景技术：
近年来，随着微波技术的快速发展，定向能武器、粒子加速器、无线能量传输和电子对抗等领域对高功率微波(HPM)源的需求日趋强烈。微波源的输出功率大小是一个重要的技术参数。一方面虽然现在诸如相对论磁控管、相对论返波管和速调管等微波源的单个输出功率得到了很大提高，很多都已达到了 GW级别，但是由于受腔体内击穿电压等物理机制和工艺结构限制，单个微波辐射源(简称为微波源)都存在输出功率上限，依然很难满足大功率微波系统的要求。利用单个微波源驱动的天线也很难在目标区域提供足够大的功率密度，达到预期的目的。利用多个功率源组成的阵列进行功率合成是一种能大幅提高微波发射功率，增加作用距离和探测距离的有效手段。因此，加强对微波功率合成的研究对雷达、测控、军事对抗、能量传输和通信领域等具有重要意义。另一方面，在实际微波毫米波电路设计中，为了克服传统行波管和速调管等大功率器件尺寸、重量过大，可靠性低等问题， 人们广泛采用微波固态器件作为功率源。它具有质量小、尺寸小、功耗低，可靠性高等引人注目的优点。但令人遗憾的是，由于受半导体特性及散热条件等的影响，它的输出功率上限受到严重制约。单个微波固态源目前还很难满足大功率毫米波通信的要求。采用多个微波源进行功率合成，形成较高的功率输出是充分发挥微波固态器件优势的必由之路。因此，毫米波功率合成的研究自从出现以来就一直是微波领域的一个重要研究热点。为了达到高效率的功率合成，现有的微波功率合成技术大都需要采用诸如锁相环、腔控、同步锁相等方式来保证各路合成信号参数的一致性，我们称之为“相干微波功率合成”。相干微波功率合成的最基本、最核心也是最困难的技术问题就是如何严格精确控制各路待合成信号的相位。为了达到相干微波功率合成这个目标，人们发展了 “链式功率合成”、“注入式锁相”等技术，高功率移相器、锁相环等器件也被广泛采用。然而，随着功率的进一步提高和合成单元数目的进一步的增加，这些技术本身大都遇到了造价昂贵、系统结构复杂、馈电系统繁琐等难以解决的问题。当各路合成信号不能在一定时间内满足相位差恒定(很多情况下要求相位差为零)时，我们称之为“非相干微波功率合成”。非相干微波功率合成由于不要求对各微波源参数进行严格精确控制，可以摆脱传统相干微波功率合成对各个微波源频率、相位和幅度一致性的严格要求，节省移相器、锁相环等相关相位控制器件，实现合成系统的精简，从而降低成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种微波合束发射装置，对多路非相干微波源进行功率合成，形成大功率微波合束发射。本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，微波合束发射装置，包括反射面和
3至少2个微波辐射源，其特征在于，所述反射面为抛物面，所述微波辐射源发射的微波经所述抛物面反射后向同一方向发射，所述微波辐射源为非相干微波辐射源。抛物面是由抛物线绕其对称轴旋转180°构成的。从抛物面焦点发出的电磁波，经抛物面发射后能够成为沿对称轴发射的平行波束。本发明的技术方案，利用抛物面将多个微波辐射源的能量反射到同一个方向，形成合束发射，从而在目标区域获得高功率密度微波能量。本发明无需对每个微波辐射源的相位进行控制，大大的降低了成本和系统的复杂性。目标区域的微波能量密度只与每个微波辐射源的功率大小、微波辐射源的个数和反射面的口径相关，与各个微波辐射源之间是否相干无关。进一步的，所述微波辐射源均勻分布在所述抛物面焦点周围，与焦点的距离远远小于所述焦点与所述反射面的最小距离。微波辐射源均勻分布在抛物面焦点周围，并尽可能接近焦点，在抛物面口径足够大，微波辐射源与焦点的距离远远小于焦点到反射面的最小距离时，可以认为各个微波辐射源的微波是从焦点发出的，能够使反射面口径上产生平面波前，提高反射面的增益。为了提高微波的功率密度，从每个微波辐射源发出的微波都要尽量辐射到整个反射面上，提高反射面的口径效率，如采用定向发射天线等。优选的，所述微波辐射源之一置于所述焦点上，其余均勻分布在所述抛物面焦点周围，且与焦点的距离远远小于所述焦点与反射面的最小距离。这种微波辐射源的布置方式，可以充分利用抛物面的焦点，便于布置更多的微波辐射源。进一步的，所述微波辐射源与反射面采用偏置馈源方式配置，使所述微波辐射源置于所述反射面反射路径之外。采用偏置馈源方式配置，抛物面的焦点不在抛物面的反射路径内，布置在焦点附近的微波辐射源处于反射路径之外，不会阻挡反射波，能够提高反射率。进一步的，所述抛物面的顶点为反射面的中心，其与焦点的连线为反射面的对称轴，所述微波辐射源以所述旋转轴为对称轴，均勻分布在所述焦点周围。该方案采用抛物面的底部部分作为反射面，具有最大的有效口径，但微波辐射源会遮挡一部分反射波。进一步的，所述微波辐射源置于旋转椭球面的一个焦点上，所述旋转椭球面的另一个焦点与所述抛物面焦点重合，所述旋转椭球面由椭圆绕其长轴旋转构成。旋转椭球面的特性是，从旋转椭球面的一个焦点发出的微波，经该旋转椭球面反射后汇聚到该旋转椭球面的另一个焦点上。将微波辐射源置于旋转椭球面的一个焦点上， 利用旋转椭球面的反射特性，通过选择旋转椭球面的结构参数(主要是两个焦点的距离)， 可以适应不同的抛物面而将微波辐射源置于反射路径之外。推荐的，所述抛物面的顶点为反射面的中心，其与焦点的连线为反射面的对称轴， 所述微波辐射源以所述对称轴为对称轴，均勻分布在所述反射面周边。该方案特别适合采用抛物面的底部部分作为反射面，并可以采用大口径反射面， 布置更多的微波辐射源，从而提高微波功率密度。优选的，所述微波辐射源分布在所述抛物面反射路径之外。由于微波辐射源带有反射器(旋转椭球面)，如果置于抛物面反射口径内，将会增加遮挡作用，造成微波功率损失，有必要而且有条件将微波辐射源置于抛物面反射路径之外。推荐的，所述微波辐射源为固态源。固态源发射功率相对较小，最适合采用本发明的方案进行合束发射，提高波束功率。优选的，所述微波辐射源发射的微波为毫米波。毫米波位于微波的高频端，具有很多有益的特性，如容易实现定向发射、通信容量大、定位精度高、穿透力强等，采用本发明的合束发射技术，可以提高波束的功率密度，获得高功率的毫米波，实现各种特殊用途。本发明的有益效果是，采用非相干微波辐射源，无需对每个微波辐射源的相位进行控制，大大的降低了成本和系统的复杂性。发射到目标区域的微波能量密度只与每个微波辐射源功率大小、个数和反射面的口径相关，与各个微波辐射源是否相干无关，特别适合需要高功率密度微波覆盖的应用场合。
图1是实施例1的示意图2是图1的平面示意图3是实施例2的示意图4是实施例3的示意图5是实施例4的示意图6是图5的平面示意图7是实施例5的示意图。
图中10、20、30为微波辐射源；1、2、3为旋转椭球面；5为反射面。
具体上述方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明的微波合束发射装置，包括反射面、2个或2个以上的微波辐射源。本发明
的反射面采用由抛物线绕其对称轴旋转180°构成的抛物面反射面，每个微波辐射源发射的微波经过抛物面反射后，都沿抛物面的对称轴方向发射，在该方向形成高功率密度的微波束。本发明采用的微波辐射源为非相干微波辐射源，无需对每个微波辐射源的相位进行控制，大大的降低了成本和系统的复杂性。实施例1如图1所示，本例微波合束发射装置采用2个微波辐射源，包括抛物面5、微波辐射源10和微波辐射源20。图中带箭头的实线表示微波辐射源10发射的微波，带箭头的虚线表示微波辐射源20发射的微波。微波辐射源10和20均勻分布在抛物面5的焦点0周围， 与焦点0的距离远远小于焦点0到反射面的最小距离，参见图2。微波辐射源10和微波辐射源20发射的微波可以看成是由焦点0发出的，其反射方向如图1中箭头所示，均指向抛物面5的对称轴方向。本例抛物面5为抛物面的底部部分，抛物面5的顶点为反射面的中心，该中心与焦点的连线就是反射面的对称轴。这里微波辐射源也以该对称轴为对称轴，均勻分布在焦点0周围。本例反射面口径为圆形，相对于其他抛物面反射面，具有更大的有效口径。实施例2本例微波辐射源共三个，如图3中的微波辐射源10、微波辐射源20和微波辐射源 30。他们均勻分布在抛物面5的焦点0周围。由于微波辐射源10、微波辐射源20和微波辐射源3与焦点0的距离相等，且均远远小于所述焦点0与反射面5的最小距离，所以他们发射微波也可以看成是由焦点0发出的。本例其他结构可以参见实施例1的描述。本例如果在焦点0处再布置一个微波辐射源，可以构成4个微波辐射源构成的微波合束发射装置。实施例3本例微波辐射源10、20与反射面5采用偏置馈源方式配置，如图4所示使，微波辐射源10和微波辐射源20均置于反射面5的反射路径之外，不会遮挡反射波。显然，本例也可以像实施例2 —样采用3个或4个微波辐射源。实施例4本例微波合束发射装置采用2个微波辐射源，微波辐射源10置于旋转椭球面1的一个焦点上，微波辐射源20置于旋转椭球面2的一个焦点上。旋转椭球面1和旋转椭球面 2的另一个焦点与抛物面5的焦点0重合，如图5所示。本例旋转椭球面1和旋转椭球面2 均由椭圆绕其长轴旋转构成，根据该旋转椭球面的性质，由其焦点发出的微波，经过旋转椭球面反射后，汇聚到另一个焦点上。当该另一个焦点与抛物面5的焦点0重合时，就可以看成是由抛物面5的焦点0发射的微波。这种布置方式理论上可以布置无限多个微波辐射源， 经过抛物面5反射后向同一方向发射。该方案具有微波辐射源数量配置灵活，可以非常容易地将微波辐射源及其旋转椭球面置于抛物面5的反射路径之外，从而避免对反射波的阻挡，参见图5和图6。实施例5本例抛物面5为抛物面的底部部分，抛物面5的顶点为反射面的中心，该中心与焦点的连线就是反射面的对称轴。本例布置了 3个微波辐射源，参见图7。图中的微波辐射源10、20和30被分别置于旋转椭球面1、2和3的一个焦点上，他们的另一个焦点与抛物面 5的焦点0重合。微波辐射源10、20和30以抛物面5的对称轴为对称轴，均勻分布在抛物面5的周围。本例反射面口径为圆形，相对于其他抛物面反射面，具有更大的有效口径。本例微波辐射源10、20和30均采用固态源，其微波功率源均为微波固态器件，具有结构紧凑、 体积小、可靠性高的特点，其发射的微波频率处于微波的高端，波长为1 IOmm的毫米波频段。上述实施例4和实施例5最适合采用抛物面的底部部分作为反射面，而且所有旋转椭球面都可以采用相同的结构参数，从而降低制造成本，提高微波反射率。
权利要求
1.微波合束发射装置，包括反射面和至少2个微波辐射源，其特征在于，所述反射面为抛物面，所述微波辐射源发射的微波经所述抛物面反射后向同一方向发射，所述微波辐射源为非相干微波辐射源。
2.根据权利要求1所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源均勻分布在所述抛物面焦点周围，与焦点的距离远远小于所述焦点与所述反射面的最小距离。
3.根据权利要求1所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源之一置于所述焦点上，其余均勻分布在所述抛物面焦点周围，且与焦点的距离远远小于所述焦点与反射面的最小距离。
4.根据权利要求1、2或3所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源与反射面采用偏置馈源方式配置，使所述微波辐射源置于所述反射面反射路径之外。
5.根据权利要求1、2或3所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述抛物面的顶点为反射面的中心，其与焦点的连线为反射面的对称轴，所述微波辐射源以所述对称轴为对称轴，均勻分布在所述焦点周围。
6.根据权利要求1所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源置于旋转椭球面的一个焦点上，所述旋转椭球面的另一个焦点与所述抛物面焦点重合，所述旋转椭球面由椭圆绕其长轴旋转构成。
7.根据权利要求6所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述抛物面的顶点为反射面的中心，其与焦点的连线为反射面的对称轴，所述微波辐射源以所述旋转轴为对称轴，均勻分布在所述反射面周边。
8.根据权利要求7所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源分布在所述抛物面反射路径之外。
9.根据权利要求1所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源为固态源。
10.根据权利要求1所述的微波合束发射装置，其特征在于，所述微波辐射源发射的微波为毫米波。
全文摘要
本发明涉及微波功率合成技术，特别涉及一种微波合束发射装置。本发明公开了一种微波合束发射装置，对多路非相干微波源进行功率合成，形成大功率微波合束发射。本发明的技术方案是，微波合束发射装置，包括反射面和至少2个微波辐射源，所述反射面为抛物面，所述微波辐射源发射的微波经所述抛物面反射后向同一方向发射，所述微波辐射源为非相干微波辐射源。本发明采用非相干微波辐射源，无需对每个微波辐射源的相位进行控制，大大的降低了成本和系统的复杂性。发射到目标区域的微波能量密度只与每个微波辐射源功率大小、个数和反射面的口径相关，与各个微波辐射源是否相干无关，特别适合需要高功率密度微波覆盖的应用场合。
文档编号H01Q19/17GK102427169SQ20111025253
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘长军, 杨晓庆, 杨阳, 赵翔, 郭庆功, 闫丽萍, 陈倩, 陈星 , 黄卡玛 申请人:四川大学