【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高功率微波器件领域，具体涉及一种多臂膜片加载式变极化器。
技术介绍
1、高功率微波(high-power-microwave，缩写为hpm)一般指频率在300mhz到300ghz、峰值功率大于100mw或平均功率大于1mw的强电磁辐射。高功率微波的应用多种多样，主要包括：高功率脉冲雷达，应用于宽频带下精确分辨目标；高能粒子射频加速器，应用于高能物理、核物理研究；基于电子回旋共振机制对受控热核等离子体进行加热及高功率微波武器等领域。
2、微波变极化器是微波、毫米波
中一种常见的器件，其主要功能为实现微波线极化、左旋圆极化和右旋圆极化之间的切换，在雷达系统、通信系统、电子对抗系统等各个领域具有广泛的应用，微波变极化器用于对目标的极化追踪的优劣，会对这些系统性能产生重要影响。常规功率容量的变极化器主要包括介质板变极化器以及铁氧体变极化器；介质板变极化器是利用介质板对不同方向来波的分隔特性来实现变极化，由于引入了介质材料，其功率容量较低，低于百兆瓦量级，不满足高功率微波领域的要求；铁氧体变极化器是采用铁氧体材料，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，从而实现极化的调节。铁氧体变极化器的功率容量一般可达一、二百千瓦(x波段)至兆瓦数量级(c～s波段)，属于大功率容量变极化器。在高功率微波研究领域，由于高功率微波器件中具有强电磁场的特点，所以现有技术中的微波变极化器受制于功率容量限制而无法真正在高功率微波领域应用。
3、因此，如何提供功率容量可达gw级的新型高功率微波变极化器，一
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、针对现有技术中介质板变极化器、铁氧体变极化器功率容量较低的缺陷，提供一种多臂膜片加载式变极化器以实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化的切换，且功率容量可达gw级。
3、本专利技术的技术方案是：
4、本专利技术由多臂模式转换器和两个膜片加载式圆极化器组成。多臂模式转换器和第一膜片加载式圆极化器的圆波导段对接，第二膜片加载式圆极化器和第二膜片加载式圆极化器的圆波导段对接。多臂模式转换器由盘形多路功分结构、盘形多路功合结构和n个e面弯波导构成。两个膜片加载式圆极化器完全相同，由圆波导和金属膜片构成。金属膜片沿第三圆波导轴线对称焊接在第三圆波导内壁两侧，呈实心船状。
5、本专利技术采用金属材料制备(优选铝)，由多臂tm01-te11圆极化模式转换器和两个膜片加载式圆极化器组成。多臂tm01-te11圆极化模式转换器和两个膜片加载式圆极化器的圆波导依次相接。
6、多臂tm01-te11圆极化模式转换器由一个盘形多路功分结构、n个180度e面弯波导和一个盘形多路功合结构构成。盘形多路功分结构与盘形多路功合结构由180度e面波导连接。
7、盘形多路功分结构由第一圆波导、第一内导体、第一圆柱腔构成，其中第一圆柱腔一端开口，其中第一内导体同轴嵌套于第一圆柱腔内部。第一圆波导与第一圆柱腔开口端连接。第一圆波导的一端为微波的输入端口。第一内导体由一个圆台体结构构成。第一内导体的圆台体结构底部与第一圆柱腔封闭端面连接，且在第一圆柱腔侧面均匀开有n个矩形孔，n≥6且n为偶数。第一圆波导与第一圆柱腔之间倒角至d1，倒角深度为h1，倒角连接处进行倒角，倒角半径为r1.
8、第一圆波导直径为d0，长度为h0，厚度为d；第一内导体的圆台顶部直径为d2，底部直径为d3，高度为h2，厚度为d；第一圆柱腔直径为d7(一般为(1～2)×n×a/π)，长度为b，厚度为d，且在第一圆柱腔侧面均匀开有n个宽边长为a，窄边长为b，距轴长为d7/2的矩形波导，用以与180度e面弯曲波导相连接，n≥6且n为偶数，λ0/2＜a＜3λ0/2，b＜λ0/2，λ0为输入微波在自由空间波长。盘形多路功分结构将从第一圆波导端口输入的tm01模式功分成n个te10模式，n个te10模式将分别透过径向分布的n个宽边长为a窄边长为b的矩形孔传输。
9、180度e面弯波导用以连接盘形多路功分结构与盘形多路功合结构，呈角向分布，其弯波导端口尺寸为a×b，180度e面弯波导高度为ha为波导高度b的2～10倍；n个e面弯曲波导径向长度不同，分别为rn(n＝1、2…n)(n＝1、2…n)，且其中λ0为输入微波在自由空间中波长。e面弯曲角度为180度，内壁倒角半径为r3，外壁c型倒角半径为h3，内壁厚度等于d。180度e面弯曲波导微波输入端均匀连接在第一圆柱腔的矩形波导上。180度e面弯曲矩形波导结构将由功分结构产生的te10模式的传输方向进行反向，并且通过每个180度e面弯曲波导结构的长度的不同调节每个180度e面弯曲波导结构te10模式的输出相位。盘形多路功合结构与盘形多路功分结构外形基本相同。
10、盘形多路功合结构由第二圆波导、第二内导体、第二圆柱腔构成，其中第二圆柱腔一端开口，其中第二内导体同轴嵌套于第二圆波导和第二圆柱腔内部。第二圆波导的一端为圆极化te11模式多臂模式转换器微波输出端口。第二内导体由两个圆台体结构和一个圆柱体结构构成。第二内导体的第一圆台体结构底部与第二圆柱腔封闭端面连接。
11、第二圆波导直径为d0，长度为h8，厚度等于d；第二内导体的第一圆台底部直径为d4，顶部直径为d5，高度为h4，厚度等于d；第二内导体的圆柱体直径为d5，长度为h6，厚度等于d；第二内导体的第二圆台底部直径为d5，顶部直径为d6，高度为h8；第二圆柱腔直径等于d7，长度为b，厚度等于d，且在第二圆柱腔侧面均匀开有n个宽边长为a，窄边长为b，距轴长为d7/2的矩形波导，用以与180度e面弯曲波导的微波输出端相连接。盘形多路功合结构将n个不同相位的矩形te10模式进行功率合成，并且将合成之后的微波模式通过第二圆波导的输出端口输出。第二圆波导与第二圆柱腔之间c型倒角，倒角深度为h5；第二内导体的第一圆台与第二圆柱腔之间c型倒角，倒角深度为h4；第二内导体的圆柱体与第二圆台体连接处倒角半径为r4,；第二内导体圆台顶部倒角半径为r5。
12、n个第一圆柱腔侧面的矩形波导分别于n个180度e面弯波导的输入端口机械连接，n个180度e面弯波导的输出端口分别与n个第二圆柱腔侧面的矩形波导机械连接。
13、膜片加载式圆极化器由第三圆波导和金属膜片构成。第三圆波导由金属材料制成，呈空心圆柱，其内半径为r0，长度为l1，厚度为d；金属膜片沿第三圆波导轴线对称焊接到第三圆波导内壁两侧，分别记为第一膜片和第二膜片，第一膜片和第二膜片的形状完全相同，呈实心船状，第一膜片中心位置与输入端口和输出端口的距离相等。第一膜片由第一左膜片斜坡、第一膜片中间段、第一右膜片斜坡组成，其中第一左膜片斜坡和第一右膜片斜坡的形状完全相同，呈斜切圆柱状(即实心圆柱由一与圆柱端面和圆柱侧面相交的平面分割后仅有三个面的部分)。第一左膜片斜坡的轴向长度为l2，第一膜片中间段呈圆柱水平横切状(即实心圆柱由一与两端面相交且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多臂膜片加载式变极化器，其特征在于多臂膜片加载式变极化器采用金属材料制备，由多臂模式转换器(1)、2个膜片加载式圆极化器即第一膜片加载式圆极化器(2)和第二膜片加载式圆极化器(3)组成，第二膜片加载式圆极化器(3)与第一膜片加载式圆极化器(2)完全相同；多臂模式转换器(1)与第一膜片加载式圆极化器(2)机械连接，第一膜片加载式圆极化器(2)与第二膜片加载式圆极化器(3)通过旋转关节连接，第一膜片加载式圆极化器(2)与第二膜片加载式圆极化器(3)之间能同轴旋转；多臂模式转换器(1)将TM01模式微波转换为圆极化TE11模式；第一膜片加载式圆极化(2)将圆极化TE11模式转换为线极化TE11模式；第二膜片加载式圆极化(3)将线极化TE11模式转换为圆极化TE11模式；
2.如权利要求1所述的多臂膜片加载式变极化器，其特征在于所述第一圆筒(112)侧面伸出的矩形波导个数N≥6，所述第一圆筒(112)的长度b满足b＜λ0/2，第一圆筒(112)外直径D7为(1～2)×N×a/π，所述矩形波导的长a满足λ0/2＜a＜3λ0/2，λ0为输入微波在自由空间波长。
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