[发明专利]全金属波束扫描超透镜天线

说明书

本发明公开了一种全金属波束扫描超透镜天线，目的是解决高功率微波波束扫描天线扫描能力有限、控制系统复杂等问题。本发明由下盖法兰盘、第一超透镜、定位波导、第二超透镜及上盖法兰盘构成，定位波导由圆波导和定位法兰盘组成，圆波导在[‑ψ,ψ]范围内无圆筒壁。第一超透镜由多个第一超透镜单元以蜂窝状排列组合而成，第一超透镜单元中心钻有第一圆柱形通孔，内部有两个结构相同的弓形柱和两个支撑杆；第一超透镜单元横截面为正六边形，横截面紧密排列成圆形，第二超透镜与第一超透镜形状结构相同，但厚度和组成单元的排布规律不同；本发明轴向上紧凑，控制简单，且可实现至少±60°范围内的波束扫描，具有高增益高效率和高的功率容量。

技术领域

发明涉及高功率微波技术领域的一种辐射天线，尤其是一种全金属波束扫描超透镜天线。

背景技术

高功率微波作为一门新兴的学科，在军事领域和民用领域都有着广泛的应用前景。作为高功率微波系统的重要组成部分，高功率辐射天线的作用是将系统产生的高功率微波进行聚束，并灵活快速地作用于目标上。因此，实现发射波束的灵活调控，是高功率微波系统实用化的重要基础。受功率容量限制，多数基于贴片技术的新型天线和基于电子移相的相控阵天线技术无法在高功率微波领域直接应用，目前应用比较广泛的高功率波束扫描天线主要有缝隙阵列天线和螺旋阵列天线。缝隙阵列天线通过移相器调节各通道微波相位的方式来实现出射波束的空间扫描，可以保持较高的功率容量。然而，大规模机械式移相器的加载会导致天线插入损耗大，控制系统复杂等问题，严重影响天线的性能和平台适应性。同时，受缝隙波导结构限制，该类天线还存在波束扫描范围较小(小于±40°)，扫描速度慢等不足。螺旋阵列天线通过螺旋单元调节各单元辐射圆极化波的相位，从而实现了出射波束的二维扫描，具备高功率容量、可二维扫描等优点。然而，由于每个螺旋单元需单独馈电和旋转，该类天线存在馈电系统和控制系统复杂、损耗大等不足。同时，受螺旋单元结构本身限制，螺旋阵列天线的波束扫描范围也较小(小于±40°)，效率较低。

由于目前的高功率微波天线仍存在波束扫描范围较小、波束调控能力不足、调控结构复杂、损耗大等问题，难以满足高功率微波系统多场景、多平台的需求，如何设计一种结构紧凑、控制简单的大角度波束扫描高功率微波天线是本领域技术人员极为关注的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服目前大多数高功率微波波束扫描天线扫描能力有限、控制系统复杂等不足，提供一种全金属波束扫描超透镜天线，其波束扫描范围广，控制简单，结构紧凑，增益高，功率容量高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明由下盖法兰盘、第一超透镜、定位波导、第二超透镜及上盖法兰盘五部分构成，其中定位波导由圆波导和定位法兰盘组成，定位法兰盘同轴嵌套在圆波导中，圆波导的轴向厚度比定位法兰盘的轴向厚度大，使得定位法兰盘的两个端面可以分别贴合第一超透镜和第二超透镜，且第一超透镜和第二超透镜在轴向包裹在下盖法兰盘、上盖法兰盘内，在周向同轴嵌套在圆波导内。第一超透镜的一个端面与下盖法兰盘贴合，另一个端面与定位波导中的定位法兰盘靠近馈源的端面贴合。圆波导靠近馈源的端面与下盖法兰盘焊接，远离馈源的端面与上盖法兰盘焊接。第二超透镜一端与上盖法兰盘贴合，另一端与定位法兰盘远离馈源的端面贴合。定义本发明靠近馈源的一端(即下盖法兰盘所在的一端)为输入端，定义本发明远离馈源的一端(即上盖法兰盘所在的一端)为输出端；下盖法兰盘、第一超透镜、定位波导、第二超透镜及上盖法兰盘共轴，中心轴线为OO’。

下盖法兰盘由金属材料构成，中心轴线为OO’。下盖法兰盘整体呈圆环状，其外直径为D₁，内直径为D₂，圆环厚度即轴向长度为t₁。下盖法兰盘远离馈源的一端与第一超透镜靠近馈源的端面贴合，下盖法兰盘与定位波导中的圆波导靠近馈源的一端焊接。