[发明专利]高功率微波径向线模式转换缝隙天线

摘要

本发明公开了一种高功率微波径向线模式转换缝隙天线，目的是解决高功率微波天线不紧凑，功率容量有限等问题。本发明由同轴波导、径向线漏波波导、法兰盘、模式转换透镜构成；径向线漏波波导由径向线底板、径向线中板、短路圆柱、缝隙阵列口面、波导壁构成，缝隙阵列口面的缝隙是沿圆周方向均匀排列的胶囊型缝隙，相邻缝隙之间加入圆环状凸字形台阶构成辐射枝节；模式转换透镜由第一匹配层，金属圆盘，填充介质，第二匹配层构成，金属圆盘由呈蜂窝状排列的模式转换单元组合而成，模式转换单元通过在棱柱体内部打孔形成。本发明结构紧凑，具有较高的功率容量和增益，解决了高功率微波天线功率容量有限且在高频段应用困难等问题。

主权项

一种高功率微波径向线模式转换缝隙天线，其特征在于高功率微波径向线模式转换缝隙天线由同轴波导(1)、径向线漏波波导(2)、法兰盘(3)、模式转换透镜(4)四部分构成；定义同轴波导(1)、径向线漏波波导(2)、法兰盘(3)、模式转换透镜(4)靠近微波源的一端为输入端，远离微波源的一端为输出端；同轴波导(1)、径向线漏波波导(2)、法兰盘(3)、模式转换透镜(4)按从输入到输出的顺序共轴相连；同轴波导(1)一端与微波源相连作为高功率微波径向线模式转换缝隙天线的输入端口，另一端与径向线漏波波导(2)的中心相连；径向线漏波波导(2)的输入端中心与同轴波导(1)相连，径向线漏波波导(2)的输出端与法兰盘(3)的输入端焊接在一起；法兰盘(3)的输入端焊接在径向线漏波波导(2)的输出端上，法兰盘(3)的输出端通过螺钉与模式转换透镜(4)连接固定；同轴波导(1)由外导体(11)和内导体(12)构成，均为金属材料制成；径向线漏波波导(2)由径向线底板(21)，径向线中板(22)，短路圆柱(23)，缝隙阵列口面(24)，波导壁(25)构成，也均为金属材料制成；径向线底板(21)为圆环形，径向线中板(22)、缝隙阵列口面(24)为圆盘形，按从输入到输出的顺序平行排列，径向线底板(21)、缝隙阵列口面(24)与波导壁(25)共同围成一个圆柱形腔，径向线中板(22)位于圆柱形腔的中心；在径向线中板(22)与缝隙阵列口面(24)中心处，与两者圆盘面垂直方向采用短路圆柱(23)将两者进行连接；外导体(11)和内导体(12)的输入端与微波源相连；内导体(12)为实心圆柱，其直径为D1，高度为H1+H2；外导体(11)为空心圆筒，其内直径为D2，高度为H1，圆筒壁厚为s；内导体(12)同轴嵌套于外导体(11)内部，内导体(12)输出端与径向线中板(22)相连，并在连接处倒圆角，倒角半径为R2；外导体(11)的输出端与径向线底板(21)的中心相连；径向线底板(21)为中心开通孔的金属圆环，径向线底板(21)的外直径为D6，中心通孔的直径与外导体(11)的内直径相同，也为D2，径向线底板(21)的中心通孔与外导体(11)的输出端焊接在一起，并在中心通孔与外导体(11)焊接处的内部边缘倒圆角，倒角半径为R1；波导壁(25)为金属圆环，波导壁(25)外直径为D6，内直径为D4，高度为H7；径向线底板(21)靠近输出端的表面与波导壁(25)靠近输入端的表面相连，波导壁(25)靠近输出端表面与缝隙阵列口面(24)靠近输入端的表面相连；缝隙阵列口面(24)上开有多个缝隙以辐射微波，缝隙阵列口面(24)的直径为D6，其靠近输入端的表面与波导壁(25)靠近输出端表面相连，输出端面上焊接法兰(3)；在径向线底板(21)与波导壁(25)的连接处内侧以及缝隙阵列口面(24)与波导壁(25)连接处内侧倒圆角，倒角半径均为R4；径向线中板(22)直径为D3，厚度为H3；径向线中板(22)的边缘倒圆角，倒角半径为R3；径向线中板(22)靠近输入端表面到径向线底板(21)靠近输出端表面的距离为H2，径向线中板(22)靠近输出端表面到缝隙阵列口面(24)靠近输入端表面的距离为H4；短路圆柱(23)的输入端与径向线中板(22)靠近输出端的表面相连，短路圆柱(23)的输出端与缝隙阵列口面(24)靠近输入端的表面相连；短路圆柱(23)、径向线中板(22)以及缝隙阵列口面(24)同轴；短路圆柱(23)的直径为D7，高度为H4；法兰盘(3)为圆环状，采用金属材料制成，其外直径为D6，内直径为D5，高度为H5；法兰盘(3)的一端焊接在缝隙阵列口面(24)上，另一端通过螺钉与模式转换透镜(4)固定连接；缝隙阵列口面(24)的缝隙是沿圆周方向均匀排列的胶囊型缝隙，相邻缝隙之间加入圆环状凸字形台阶构成辐射枝节；缝隙共有N圈，N为正整数，最里圈缝隙中心即缝隙单元径向的中心距离缝隙阵列口面(24)中心的距离为ρ1，相邻缝隙的中心间距均为d，最里圈缝隙为第1圈，第n圈缝隙的宽度用wn表示，第n圈缝隙中心到缝隙阵列口面(24)中心的距离为ρn，且ρn＝ρn‑1+d，2＜n＜N；第n圈缝隙的中心处弧长为l1+wn，l1为常量，缝隙的深度为s1；凸字型台阶有3级子台阶，每级子台阶的高度均为s1，最里圈凸字形台阶(2401)顶部宽度为s3，其余台阶宽度均为s2，凸字型台阶以及缝隙边缘倒圆角，倒角半径均为R5；从靠近微波源端到远离微波源端模式转换透镜(4)依次由第一匹配层(41)，金属圆盘(42)，填充介质(43)，第二匹配层(44)构成；第一匹配层(41)，填充介质(43)，第二匹配层(44)采用环氧树脂制成；第一匹配层(41)为圆盘状，其输入端的那一面与法兰盘(3)的输出端面紧贴，其输出端的那一面覆盖在金属圆盘(42)的输入端表面，第一匹配层(41)的直径为D6，厚度为t0；金属圆盘(42)输入端的那一面覆盖有第一匹配层(41)，输出端的那一面紧贴第二匹配层(44)；金属圆盘(42)直径为D6，金属圆盘(42)由多个呈蜂窝状排列的模式转换单元组合而成，每个模式转换单元的横截面为正六边形，正六边形的边长为l，从金属圆盘(42)的横截面来看，各正六边形紧密排列成一个直径为D4的圆形，即各正六边形紧密排列成一个蜂窝状阵列，每个正六边形在蜂窝状阵列中所处列数用p表示，所处行数用q表示，定义阵列中心的正六边形位于第0行第0列，阵列中心上侧正六边形所处行数为正、下侧正六边形所处行数为负，阵列中心右侧正六边形所处列数为正、左侧正六边形所处列数为负；模式转换单元是通过在横截面为正六边形的棱柱体内部打有5个孔形成，5个孔从靠近微波源端到远离微波源端依次为第一椭圆柱孔(421)，第一过渡孔(422)，圆柱形孔(423)，第二过渡孔(424)，第二椭圆柱孔(425)；第一椭圆柱孔(421)、圆柱形孔(423)和第二椭圆柱孔(425)的中心位于棱柱体的轴线上；第一椭圆柱孔(421)的半长轴为a1，半短轴为b1，深度为t1；圆柱形孔(423)的半径为b，深度为t3；第二椭圆柱孔(425)的半长轴为a2，半短轴为b2，深度为t5；第一过渡孔(422)靠近输入端的一端为椭圆形，靠近输出端的一端为圆形，第一过渡孔(422)将第一椭圆柱孔(421)逐渐过渡并连接至圆柱形孔(423)，深度为t2；第二过渡孔(424)靠近输入端的一端为圆形，靠近输出端的一端为椭圆形，第二过渡孔(424)将圆柱形孔(423)逐渐过渡并连接至第二椭圆柱孔(425)，深度为t4；设定金属圆盘(42)的中心处为坐标原点，建立x‑y固定坐标系，所有模式转换单元的第一椭圆柱孔(421)中心与第二椭圆柱孔(425)中心在x‑y平面的投影均用坐标Q(x，y)表示，Q(x，y)根据正六边形的边长l确定，x为不同位置处第一椭圆孔中心与第二椭圆孔中心所对应的投影坐标Q(x，y)的横坐标，y为Q(x，y)的纵坐标；令第一椭圆柱孔(421)长轴与x轴正向的夹角为θ，第二椭圆柱孔(425)长轴与x轴正向的夹角为则第一椭圆柱孔(421)的长轴与第二椭圆柱孔(425)的长轴之间的相对夹角为该值随着第一椭圆柱孔(421)与第二椭圆柱孔(425)位置的不同而变化；填充介质(43)均匀填充在所有模式转换单元的第一椭圆柱孔(421)、第一过渡孔(422)、圆柱形孔(423)、第二过渡孔(424)和第二椭圆柱孔(425)中，并保持与这5个孔孔壁的紧密贴合；第二匹配层(44)为圆盘状，一面与金属圆盘(42)紧密贴合，另一面即为本发明的输出端，第二匹配层(44)的直径为D6，厚度为t6。