[发明专利]一种Ka波段大功率线‑圆极化转换器

说明书

技术领域

本发明属于大功率毫米波技术领域，具体涉及一种Ka波段电磁波线-圆极化转换器。

背景技术

空间传播的电磁波按照极化方式分为线极化波、椭圆极化波和圆极化波。相比其他极化形式的波，圆极化波具有旋向正交性，可以抑制雨雾干扰和抗多径效应。在航天通信及遥测遥感设备中采用圆极化波进行传输，除可减小信号漏失之外，还能消除因电离层法拉第旋转效应导致的极化畸变的影响。因此，圆极化波在通信、雷达、遥测遥感、天文等方面具有广泛的应用。

近年来，随着大功率毫米波技术的发展，以回旋行波管为代表的大功率毫米波源得到了迅速发展。回旋行波管具有工作频带宽、输出峰值功率高、增益高等特点，是大功率毫米波雷达、电子对抗、远距离通讯等大功率毫米波系统的理想大功率源。为了有效地将回旋行波管输出的功率传输至天线，并在此过程中完成模式转换、极化状态调控等，必须搭建大功率传输链路。极化转换器能改变电磁波的极化特性，实现线极化波与圆极化波的相互转换，是大功率传输链路的重要组成器件。

极化转换器的设计指标主要为宽频带、高极化纯度、、低损耗、低成本、结构简单等。目前，空间极化转换器的实现方式有反射式和透过式两类。反射式极化转换器是通过周期性分布的光栅槽结构改变电磁波极化特征。由于采用镜面反射的方式，反射式极化转换器散热方便。但是反射式的结构会增加传播路径，从而导致某些情况下微波系统体积增大，应用起来具有一定的局限性。透过式极化转换器通过采用丝状或条状的结构，在电磁波向前传播过程中改变其极化特征。透过式极化转换器这种不改变电磁波传输方向的特点，不会增加传播系统的光路，在实际应用中受到青睐。骆明伟等人发明了一种三层折线栅圆极化器(专利申请号：201020519767.2,作者：骆明伟,汤慰,吴德晏,马黎,程志伟等人)。发明的三层折线栅圆极化器由三层折线栅和夹在折线栅的蜂窝状支撑层组成。对垂直于折线栅轴线的分量折线栅等效为电容，对平行于折线栅轴线的分量折线栅等效为电感。发明的多层折线栅结构可以在一定带宽内实现两正交分量和之间90°的相位差，即完成线极化波到圆极化波的转换。该圆极化器具有工作频带宽、体积小的优点，但是该结构的不足之处在于，由于其印制板层数较多且不同层的设计不同，使得结构较为复杂且传输损耗大。

为了解决电调极化转换器结构复杂、成本高的问题，李龙等人设计了基于多层频率选择表面的极化转换器(专利申请号：201510036446.4)。该极化转换器由带有周期单元结构的四层不同的介质基板自上而下层叠而成。该结构通过调节极化转化器和与入射线极化波极化方向的夹角，可实现出射波的线极化、左旋圆极化以及右旋圆极化特性的选择和转换，但是由于其包括多层介质板，该设计存在结构负载、传输损耗大的不足。

发明内容

针对背景技术中极化转换器系统结构复杂，传输损耗大等的不足，本发明提出了一种透射式Ka波段大功率线-圆极化转换器，具有传输损耗小、交叉极化电平低，工作带宽宽、结构简单、加工方便等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种透射式的Ka频段大功率线-圆极化转换器，包括支撑结构、固定圆环、安装挡环和金属圆板。

所述支撑结构用于支撑固定圆环和安装挡环。

所述金属圆板放置于固定圆环和安装挡环构成的卡槽中，且可围绕中心自由转动。

所述固定圆环表面设置有刻度线，刻度线范围为≥±45°，用于表征入射电磁波与极化转换器的夹角。

所述金属圆板带有指针，指针初始位置指向0°且指针方向垂直于矩形单元孔长边，该指针用于指示金属圆板旋转的度数。

所述固定圆环内均匀分布有4～16个金属螺钉，使得金属圆板与固定圆环的圆心对齐，保证金属圆板能够自由旋转且中心保持不变。所述安装挡环上均匀设置有4～8个螺纹定位孔，当金属圆板旋转一定角度后，定位孔中插入螺钉可对金属圆板当前位置进行固定。

所述金属圆板上设置有周期性分布的N×M个矩形单元孔。相邻的两行矩形单元孔交错分布，不同两行或两列之间的相邻三单元呈等腰三角形排布。

所述矩形单元孔四个转角为四分之一圆弧段，其中圆弧段对应的圆形半径均为r，且r＝0.5mm～1.2mm。半径过小影响结构的功率容量且使得加工难度增大，半径过大则影响结构的传输性能。

所述矩形单元孔的间距条件：