[發明專利]一種基于極化扭轉的Ka波段高功率波束掃描陣列天線

在審

• 申請號: 202211082259.6
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115483541A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 劉良;楊瑜;余川;屈勁;李士鋒;謝平;陳世韜;吳昊;孫利民;孟凡寶
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q15/24;H01Q19/13;H01Q21/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陳法君

本發明公開了一種基于極化扭轉的Ka波段高功率波束掃描陣列天線，所述陣列天線包括若天線單元，所述天線單元由反射面、方錐喇叭和極化扭轉板組成，所述反射面為帶有水平柵網的拋物面結構，所述水平柵網設置于反射面的凸起面上，所述反射面、方錐喇叭和極化扭轉板為金屬結構；水平極化波饋入方錐喇叭，傳輸至反射面上的水平柵網后被反射回極化扭轉板，經扭轉作用，從水平極化波變為垂直極化波后被反射回反射面，然后透過反射面的水平柵網輻射至自由空間。本發明陣列天線功率容量高、饋源體積緊湊、組陣靈活，實現了天線的類平面化，可以解決傳統HPM天線結構復雜、難以組陣、無法波束掃描以及極化扭轉天線功率容量不足的問題。

技術領域

本發明屬于高功率微波技術領域，尤其涉及一種基于極化扭轉的Ka波段高功率波束掃描陣列天線。

背景技術

高功率微波(High Power Microwave,HPM)泛指1～300GHz頻段且峰值功率高于100MW的電磁波。目前，高功率技術在通信系統、遠程雷達和新型加速器對微波源的需求引導下，向更高頻率發展。根據已發表的文獻，Ka波段高功率微波源已經達到500兆瓦。喇叭天線常被用于大功率微波系統，但其低增益和大尺寸不利于實際應用場景。

傳統的HPM天線，如Vlasov天線、COBRA天線和大孔徑拋物線天線，在一定程度上滿足了實驗和應用的需要，但其體積大、配置復雜、輻射效率低等缺點限制了其應用。后來，徑向螺旋線陣列天線、徑向線槽天線和透射陣列天線被開發出來。這些類型的天線具有良好的性能，但當高頻電磁波的波長變短時，處理起來就特別困難。此外，饋電網絡很復雜，很難形成一個大的陣列，且多數天線不具備波束掃描功能。

傳統的極化扭轉天線具有良好的波束掃描性能，但其極化扭轉板與拋物面均借助于介質板，這大大限制了其在高功率領域內的應用。為了提高實用性，拓寬應用范圍，開發小型化，波束可掃的Ka波段高功率毫米波天線已成為一個迫切的問題。

發明內容

本發明的目的在于：為了克服現有技術問題，公開了一種基于極化扭轉的Ka波段高功率波束掃描陣列天線，通過本陣列天線的結構設置，解決了傳統HPM天線結構復雜、難以組陣、無法波束掃描以及極化扭轉天線功率容量不足的問題。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種基于極化扭轉的Ka波段高功率波束掃描陣列天線，所述陣列天線包括若干天線單元。

所述天線單元由反射面、方錐喇叭和極化扭轉板組成，所述反射面為帶有水平柵網的拋物面結構，所述水平柵網設置于反射面的凸起面上，所述反射面、方錐喇叭和極化扭轉板為金屬結構；

水平極化波饋入方錐喇叭，傳輸至反射面上的水平柵網后被反射回極化扭轉板，經扭轉作用，從水平極化波變為垂直極化波后被反射回反射面，然后透過反射面的水平柵網輻射至自由空間。

與傳統的極化扭轉天線相比，本陣列天線改進了極化扭轉板與拋物面的結構，將介質板剔除，實現了天線的全金屬化，大幅提升了天線的功率容量。

根據一個優選的實施方式，所述反射面的凹陷面與所述極化扭轉板相對設置，所述方錐喇叭貫穿于極化扭轉板設置。

根據一個優選的實施方式，所述陣列天線中各相鄰天線單元彼此相接。

根據一個優選的實施方式，所述反射面為方塊狀拋物面結構，相鄰天線單元的反射面以方塊狀拋物面各邊作為連接邊，相互連接。

本發明將拋物面設計為方形切割的拋物面，相鄰天線單元彼此相接，以此將單饋源的大口徑拋物面天線轉化為多饋源小口徑陣列天線，可顯著降低天線的軸向高度，多個小口徑拋物面彼此相接可形成類平面結構，便于天線的平面化。將單饋源的功率容量平分至多饋源，降低每個饋源所需的功率容量上限，從而減少饋源體積，且組陣靈活，可依照功率容量需求選擇合適的子陣個數。

根據一個優選的實施方式，相鄰天線單元共用同一極化扭轉板。