高功率微波移相器制造技术

本发明专利技术涉及通信器件技术领域，具体涉及一种高功率微波移相器。该高功率微波移相器包括：矩形波导、位于所述矩形波导一个E面的圆波导以及位于所述矩形波导其他面的模转变及圆极化单元；所述圆波导内设置有可沿所述圆波导轴线方向运动的短路活塞；所述模转变及圆极化单元用于将TE10模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TE11模微波输入所述圆波导。由于本发明专利技术实施例所提供的高功率微波移相器无需借助铁氧体材料即可实现移相，因此可以减小移相器的尺寸、降低移相器的损耗；同时，由于该高功率微波移相器可以全部为金属材质，因此可以实现高功率容量。

【技术实现步骤摘要】
高功率微波移相器
本专利技术涉及通信器件
，具体涉及一种高功率微波移相器。
技术介绍
高功率微波(High-Power Microwave,缩写为HPM) —般是指频率在300MHz到300GHz、峰值功率大于100MW或平均功率大于IMW的强电磁辐射。高功率微波的主要应用包括:通过电子回旋共振机制对受控热核等离子体加热；用于高功率短脉冲雷达，实现较宽频带下精确分辨被探测和跟踪的目标；为地球和太空之间传输能量，为宇宙飞船发射到太空轨道或者轨道之间变换提供能量；用于高能粒子射频加速器，进行高能物理、核物理科学研究以及用于HPM定向能量武器等领域。微波移相器是微波、毫米波
中一种常见的器件，在雷达系统、通信系统、电子对抗系统等多个领域具有广泛的应用，微波移相器性能的优劣会对系统性能产生重要影响。常规低功率容量的波导式移相器包括压缩波导式移相器以及加载介质旋转式移相器等；压缩波导式移相器是通过在波导E面中线开纵向窄缝，从而可以压缩波导的E面尺寸；而加载介质旋转式移相器是通过波导内加入不同长度的介质，通过介质调节微波的不同移相常数而实现移相。在高功率微波研究领域，由于其具有强电磁场的特点，现有技术中的高功率微波移相器是采用钇铁石榴石(YIG)等铁氧体材料，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，从而实现相位的调节。然而，由于铁氧体材料在强电磁场作用下很容易发生击穿，因此现有技术中高功率微波移相器的功率容量非常有限，实验中测得基于钇铁石榴石的高功率移相器的击穿阈值在2.2MV/m左右，功率容量在兆瓦以下；而且钇铁石榴石(YIG)等铁氧体材料不可避免地会造成功率损耗，因此可能会影响移相器的工作效率；同时，由于铁氧体材料尺寸较大，因此,此类移相器通常整体体积庞大；此外，由于材料所限,现有技术中的高功率微波移相器通常工作在低频(如IGHz左右)，而在高频例如X波段，则很难实现或者制造高功率微波移相器。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种紧凑型的高功率微波移相器，用于解决现有技术中高功率微波移相器尺寸大、功率容量低等问题。(二)技术方案本专利技术技术方案如下:一种高功率微波移相器,包括:矩形波导、位于所述矩形波导一个E面的圆波导以及位于所述矩形波导其他面的模转变及圆极化单元；所述圆波导内设置有可沿所述圆波导轴线方向运动的短路活塞；所述模转变及圆极化单元用于将TElO模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TEll模微波输入所述圆波导。优选的，所述矩形波导由相对设置的第一 E面和第二 E面以及相对设置的第一 H面和第二 H面组成；所述圆波导位于所述第一 E面；所述模转变及圆极化单元包括:位于所述第二 E面的短路圆波导段、位于所述第一 H面的短路矩形波导段以及位于所述第二 H面的短路圆柱波导段。优选的，所述矩形波导和圆波导为临界过模波导。优选的，所述矩形波导输入端口和输出端口之间的隔离度大于30dB，所述输入端口的反射系数小于_30dB。优选的，所述矩形波导内设置有分别位于所述第一 H面两端的匹配金属片；所述圆波导内设置位于所述短路活塞与矩形波导之间的匹配金属环。优选的，所述短路活塞为扼流式短路活塞。优选的，所述扼流式短路活塞包括同轴且依次设置的第一圆柱、第二圆柱以及第三圆柱；所述第一圆柱与第三圆柱半径相同且比所述第二圆柱半径大四分之一导波波长的奇数倍；所述第一圆柱、第二圆柱以及第三圆柱高度相同且均为四分之一导波波长的奇数倍。优选的，所述矩形波导、圆波导、短路圆波导段、短路矩形波导段、短路圆柱波导段匹配金属片以及匹配金属环均为金属材质。优选的，还包括与所述短路活塞连接的驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述短路活塞沿所述圆波导轴线方向运动。优选的，所述驱动结构为高速数字电控伺服电机。(三)有益效果本专利技术实施例所提供的高功率微波移相器，通过在矩形波导的一个E面上设置圆波导，在矩形波导其他面设置模转变及圆极化单元，并且在圆波导内设置可运动的短路活塞，通过模转变及圆极化单元将TElO模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TEll模微波输入圆波导，通过短路活塞的移动，实现不同的相位移动。由于本专利技术实施例所提供的高功率微波移相器无需借助铁氧体材料即可实现移相，因此可以减小移相器的尺寸、降低移相器的损耗；同时，由于该高功率微波移相器可以全部为金属材质，因此可以实现高功率容量。【附图说明】图1是本专利技术实施例中一种高功率微波移相器的结构示意图；图2是图1中高功率微波移相器沿Y-Z平面的剖面图；图3是图1中高功率微波移相器未加短路活塞时的结构示意图；图4是图3中高功率微波移相器沿Y-Z平面的剖面图；图5是图3中高功率微波移相器沿X-Z平面的剖面图；图6是图3中高功率微波移相器沿X-Y平面的剖视图；图7是图1中高功率微波移相器中矩形导波输入端口反射系数的频率响应。图中:1:矩形波导；11:输入端口 ；12:输出端口 ；2:圆波导；3:短路活塞；4:短路圆波导段；5:短路矩形波导段；6:短路圆柱波导段；7:匹配金属片；8:匹配金属环。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】做进一步描述。以下实施例仅用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本实施例中所提供的高功率微波移相器主要包括:矩形波导、位于矩形波导一个E面的圆波导以及位于矩形波导其他面的模转变及圆极化单元；圆波导内设置有可沿圆波导轴线方向运动的短路活塞；模转变及圆极化单元用于将TElO模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TEll模微波输入圆波导，驱动位于圆波导中的短路活塞运动，从而可以实现不同的相位移动。下面结合图1-图6对本实施例中的高功率微波移相器加以详细的说明。上述矩形波导包括相对设置的一对E面(电场面)即第一 E面和第二 E面，以及相对设置的一对H面(磁场面)即第一 H面和第二 H面组成，矩形波导的主模为TElO模；如图1-图6中所示，圆波导2与矩形波导I的第一 E面耦合，圆波导2内设置有可沿圆波导2轴线方向运动的短路活塞3 ;本实施例中示例性的提供了一种上述模转变及圆极化单元的具体结构；即模转变及圆极化单元包括:位于矩形波导I第二 E面的短路圆波导段4、位于矩形波导I第一 H面的短路矩形波导段5以及位于矩形波导I第二 H面的短路圆柱波导段6。通过短路圆波导段4、短路矩形波导段5以及短路圆柱波导段6的调节作用，保证输入圆波导2内的是两个极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的TEll模微波。当TElO模微波通过矩形波导I的输入端口 11进入矩形波导I后，为了使微波全部进入圆波导2，需要保证矩形波导I的输入端口 11和输出端口 12之间高度离度，且输入端口 11的几乎没有反射；本实施例中，矩形波导I的输入端口 11和输出端口 12之间的隔离度大于30dB，输入端口 11的反射系数小于_30dB。进一步的，本实施例中提供了一种能够实现上述参数要求的结构，即在矩形波导I内设置分别位于第一 H面两端的匹配金属片7，在圆波导2内设置位于短路活塞3与矩形波导I之间的匹配金属环8 ;利用匹配金属环8和匹配金属片7起到辅助降低微波反射系数、提高端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率微波移相器，其特征在于，包括：矩形波导、位于所述矩形波导一个E面的圆波导以及位于所述矩形波导其他面的模转变及圆极化单元；所述圆波导内设置有可沿所述圆波导轴线方向运动的短路活塞；所述模转变及圆极化单元用于将TE10模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TE11模微波输入所述圆波导。

【技术特征摘要】
1.一种高功率微波移相器，其特征在于，包括: 矩形波导、位于所述矩形波导一个E面的圆波导以及位于所述矩形波导其他面的模转变及圆极化单元； 所述圆波导内设置有可沿所述圆波导轴线方向运动的短路活塞； 所述模转变及圆极化单元用于将TElO模微波转变为极化正交、具有相同幅度且相位差为90度的两个TEll模微波输入所述圆波导。2.根据权利要求1所述的高功率微波移相器，其特征在于，所述矩形波导由相对设置的第一 E面和第二 E面以及相对设置的第一 H面和第二 H面组成；所述圆波导位于所述第一E面； 所述模转变及圆极化单元包括: 位于所述第二 E面的短路圆波导段、位于所述第一 H面的短路矩形波导段以及位于所述第二 H面的短路圆柱波导段。3.根据权利要求2所述的高功率微波移相器，其特征在于，所述矩形波导和圆波导为临界过模波导。4.根据权利要求2或3所述的高功率微波移相器，其特征在于，所述矩形波导输入端口和输出端口之间的隔离度大于30dB，所述输入端口的反射系数小于_30dB。5.根据权利要求4所述的高功率微波移...

【专利技术属性】
技术研发人员：常超，陈昌华，黄文华，郭乐田，张治强，熊正峰，李佳伟，李爽，朱梦，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：