[发明专利]一种高功率容量开槽圆波导圆极化器及其加工方法

说明书

本发明公开了一种高功率容量开槽圆波导圆极化器及其加工方法，涉及微波极化转换技术领域，该圆极化器克服了由于介质引发三相点的出现和突变结构造成的功率容量限制，且加工精度要求更低，同时采用过模圆波导，具有高功率容量性能；补偿槽采用渐变形槽结构，抑制了高阶模的产生，同时采用过模圆波导，避免了可用带宽限制，具有良好的轴比和宽频带性能，实现了高功率圆极化器的宽频带和小型化性能。该圆极化器加工方法中，电火花线切割是利用电能加工的非接触加工方式，对被加工材料的热影响较小，加工工艺与尺寸精度及形位公差较低；通过焊接车铣结合的方法能够使圆极化器同时实现电密封和气密封，满足高功率微波应用的抽真空需求。

技术领域

本发明涉及微波极化转换技术领域，具体而言，涉及一种高功率容量开槽圆波导圆极化器及其加工方法。

背景技术

在微波辐射系统和反射天线系统中，经常需要利用圆极化器将常规的线极化微波源信号转换为圆极化信号，再通过天线将圆极化信号辐射出去。圆极化器的结构形式直接决定了辐射系统的功率容量、尺寸和带宽等性能，目前的圆极化器主要包括螺钉圆极化器、虹膜圆极化器、金属阶梯隔板圆极化器、介质隔板圆极化器以及开矩形槽圆波导圆极化器。

螺钉圆极化器和虹膜圆极化器，利用螺钉或虹膜对于与其平行和垂直的电场分别等效为并联的容性电纳和感性电纳，使对应的电场相位滞后和超前，实现圆极化波的转换；金属阶梯隔板圆极化器，将阶梯隔板的每一段视为一段脊波导，调整阶梯隔板的宽度和长度对应调整两正交方向电磁波的传播常数，实现双圆极化的转换，该圆极化器在真空中的功率容量为53.8MW，1.5dB轴比带宽为16％。以上三类圆极化器，由于均插入了小尺寸突变结构，易引起局部场强集中，导致功率容量有限，不能满足GW级高功率容量微波的应用；另外，圆极化器的性能对金属螺钉、虹膜和阶梯隔板的加工精度要求较高。

介质隔板圆极化器，利用垂直和平行于介质隔板方向的等效介电常数不同，调整介质板的结构和长度，来实现圆极化转换。插入介质隔板结构不可避免引入三相点，在高功率微波领域使用时易出现射频击穿，同样不适用于高功率微波领域。此外，介质隔板在实际应用中较难准确的插入到波导内部对应的位置。

开矩形槽圆波导圆极化器是通过在圆波导内部开矩形槽结构，实现圆极化转换。但是，由于矩形槽具有突变结构，将其用于具有高功率容量的过模圆波导内易激发高阶模，影响圆极化器的轴比和带宽等性能。同时，由于采用基模圆波导，限制了圆波导的半径尺寸，因此其功率容量相对较小。

目前可用于高功率微波的圆极化器为椭圆波导圆极化器[张治强，方进勇，李佳伟等.X波段高功率微波TE11模圆极化器[J].强激光与粒子束,2011,23(07):1909-1912.]，利用圆波导到椭圆波导的过渡段将输入的线极化TE11模分成两个等幅、正交的TE11模，两正交分量在椭圆波导内的传输系数不同，通过调整椭圆波导长度，实现了圆极化的转换。由于采用纯金属过模圆波导结构，该圆极化器具有高功率容量性能。但是，由于圆波导到椭圆波导的过渡段长度决定了其反射系数和是否出现高阶模，两正交方向的传播常数之差与椭圆波导的长短轴之比呈现正相关关系，这就需要较大的总长度来实现90°的相位差和低反射系数，所报道的X波段椭圆波导圆极化器长度超过300mm。

随着微波技术的发展，携带高功率微波的圆极化系统日渐增多，要求圆极化器具有高功率容量、宽频带的性能，同时还需要紧凑化设计来节约系统空间、减少对微波的遮挡等。因此，目前尚没有能够同时满足高功率容量、小型化和宽频带性能的圆极化器。

发明内容

本发明在于提供一种高功率容量开槽圆波导圆极化器及其加工方法，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：