[发明专利]一种紧凑型高功率容量波导移相器及波导移相方法

说明书

为解决现有高功率移相器功率容量非常有限、损耗大、体积大的技术问题，本发明提供了一种紧凑型高功率容量波导移相器及波导移相方法。波导移相器包括双圆极化器和扼流活塞；双圆极化器包括从下至上依次连接的矩形波导、第一方波导、第二方波导、方圆过渡波导和圆波导；第一方波导E面耦合于矩形波导宽边顶面，第一方波导口面与矩形波导宽边顶面成一定耦合角度；第一方波导中有两个侧面与矩形波导口面平行；矩形波导中，与第一方波导耦合区域下方，插入长方体金属匹配结构；矩形波导尺寸满足只传输基模TE₁₀模式；圆波导尺寸满足只传输圆波导TE₁₁模式；扼流活塞设置在圆波导中与圆波导共轴；扼流活塞的其中一个端面上设置有与伺服电机连接的金属拉杆。

技术领域

本发明涉及一种高功率容量传输与发射无源器件，具体涉及一种高功率容量波导移相器及波导移相方法。

背景技术

微波波导移相器是微波、毫米波技术领域中的常见器件，在雷达系统、通信系统、电子对抗系统等多领域具有广泛的应用，移相器性能的优劣会对系统性能产生重要影响。

高功率微波技术领域，具有强电磁场的特点，常规高功率移相器采用钇铁石榴石(YIG)等铁氧体材料，通过改变外加磁场或电场的幅度，改变铁氧体材料的传播常数，来调节相位。由于介质和铁氧体材料在强电磁场作用下容易发生击穿，移相器的功率容量非常有限，例如I.Terechkine,T.Khabiboulline,and N.Solyak,High-power L-band fastphase shfiter,Proceedings of LINAC 2008,Victoria,BC,Canada.以及R.Madrak,D.Sun,and D.Wildman,New materials and designs for high power fast phaseshifter,Proceedings of LINAC 2006,Knoxville,USA.文中实验测试基于钇铁石榴石的高功率移相器的击穿阈值在2.2MV/m，功率容量在兆瓦以下。但是YIG等铁氧体材料不可避免地具有损耗，影响了效率。此外，由于铁氧体材料尺寸大，该种移相器通常工作在低频1GHz左右，且移相器整体体积庞大，在高频例如X波段，很难实现小型化和高功率容量。

发明内容

为解决现有高功率移相器功率容量非常有限、损耗大、体积大的技术问题，本发明提供了一种紧凑型高功率容量波导移相器及波导移相方法。

本发明的技术解决方案是：

一种紧凑型高功率容量波导移相器，其特殊之处在于：包括双圆极化器和扼流活塞；

双圆极化器包括从下至上依次连接的矩形波导、第一方波导、第二方波导、方圆过渡波导和圆波导；矩形波导的两个端口作为双圆极化器的两个矩形波导端口；圆波导的端口构成双圆极化器的圆波导端口；

第一方波导E面耦合于矩形波导的宽边顶面，第一方波导的口面与矩形波导的宽边顶面成一定的耦合角度β；第一方波导中有两个侧面与矩形波导的口面平行；

矩形波导中，与第一方波导耦合区域的下方，插入有长方体金属匹配结构，该长方体金属匹配结构紧邻矩形波导的窄边侧面；

矩形波导的尺寸，需满足只可传输基模TE₁₀模式；圆波导的尺寸，需满足只可传输圆波导TE₁₁模式；

扼流活塞设置在圆波导中，且与圆波导共轴排布；扼流活塞的其中一个端面上设置有与伺服电机连接的金属拉杆。

进一步地，矩形波导与第一方波导连接处、第二方波导侧棱以及矩形波导窄边侧面的长方体金属匹配结构侧棱均设置圆倒角。

进一步地，所述耦合角度β的取值范围25°～35°。

进一步地，矩形波导和圆波导的尺寸满足条件：