[发明专利]一种可实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线

说明书

本发明公开了一种可实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线，目的是解决高功率微波天线不具备模式转换功能，轴向结构冗长问题。本发明由喇叭天线、极化转换超透镜、定位法兰盘和模式转换超透镜构成；极化转换超透镜由多个极化转换超透镜单元以蜂窝状排列组合而成，单元中心的通孔内部有2个弓形柱和2个支撑杆，两端分别开有2个匹配槽；极化转换超透镜单元横截面为正六边形，紧密排列成圆形；模式转换超透镜由多个模式转换超透镜单元以蜂窝状排列组合而成，单元中心的通孔内部有2个弓形柱和2个支撑杆；模式转换超透镜单元横截面为正六边形，紧密排列成圆形。本发明轴向紧凑，可实现模式转换，能改变波束的出射方向，轴向结构紧凑，损耗低。

技术领域

发明涉及高功率微波技术领域的一种辐射天线，尤其是一种可以实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线。

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，高功率辐射天线决定着能否将高功率微波源产生的能量有效地辐射或集中作用到目标上。目前，多数高功率微波源(如虚阴极振荡器、相对论返波管、磁绝缘线振荡器等)产生的微波模式都为旋转轴对称模，如圆波导的TM₀₁模、TE₀₁模和同轴波导TEM模等。这些模式由于场分布在波导横截面上绕波导轴具有旋转对称性，若直接发射或激励传统喇叭天线，将产生轴向为零的环状远场方向图，其能量分散、增益低，不利于高功率微波的定向发射与传输。同时，大多数高功率微波辐射天线均为线极化天线，对于圆极化接收的电子设备，很难发挥作用效果，部分能量将由于极化不匹配而损失。不仅如此，现有的高功率微波辐射天线大多只能沿轴向输出，无法实现指定方向的微波辐射，应用场合有限。

为了实现微波的定向辐射，通常要应用高功率微波模式转换器将圆波导的TM₀₁模、TE₀₁模或同轴波导TEM模转换为易于定向发射的圆波导TE₁₁模，再由喇叭天线向外发射。为了增加高功率微波与目标的耦合概率，通常需要使用圆极化器将线极化圆波导TE₁₁模转换为圆极化圆波导TE₁₁模来激励喇叭天线。现有的高功率微波模式转换器和高功率微波圆极化器的长度通常均为3～7个波长，当与喇叭天线配合使用时，会造成整个高功率微波发射系统结构复杂、轴向长度过长等不足。为了实现系统在指定方向的微波辐射，通常需要引入弯曲波导或旋转关节等结构来改变喇叭天线的出射方位。上述结构的引入会大大增加系统的复杂程度，带来额外的传输损耗。

由于现有的喇叭天线与高功率微波模式转换器、圆极化器及弯曲波导配合使用时，结构复杂，轴向长度较长，传输损耗较大，不能满足某些特定场合(如空间尺寸有限的机载平台)的应用需求，如何设计一种轴向紧凑同时可实现波束偏转、极化转换和模式转换功能的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天线不具备模式转换、极化转换和波束偏转功能，以及与模式转换器、圆极化器和弯曲波导配合使用时轴向结构冗长，传输损耗偏大等不足，提供一种可实现波束偏转的新型高功率模式转换超透镜天线，其结构紧凑，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：

本发明由喇叭天线、极化转换超透镜、定位法兰盘和模式转换超透镜四部分构成，其中喇叭天线为圆锥喇叭天线，由第一法兰盘，圆锥喇叭和第二法兰盘组成。喇叭天线一端通过第一法兰盘与微波源相连作为输入端口，另一端通过第二法兰盘与极化转换超透镜的一面焊接，第一法兰盘和第二法兰盘分别与圆锥喇叭的两端相连；极化转换超透镜的另一面与定位法兰盘一端焊接。定位法兰盘一端与极化转换超透镜焊接，另一端与模式转换超透镜焊接；定义本发明靠近微波源的一端(即第一法兰盘所在的端)为输入端，定义本发明远离微波源的一端(即模式转换超透镜所在的一端)为输出端；喇叭天线、极化转换超透镜、定位法兰盘和模式转换超透镜共轴，中心轴线为OO’。