[发明专利]一种Ka波段高功率波束扫描极化扭转平面天线

说明书

本发明公开了一种Ka波段高功率波束扫描极化扭转平面天线，所述平面天线包括：极化扭转板、方锥喇叭和反射面；所述反射面为平面结构，且所述反射面在朝向于极化扭转板的平面上设有若干栅网单元，所述栅网单元由若干保持间隙的栅板构成；水平极化波馈入方锥喇叭，传输至反射面上的栅网单元后被反射回极化扭转板，经扭转作用，从水平极化波变为垂直极化波后被反射回反射面，然后透过栅网单元辐射至自由空间。通过所述的平面天线的结构设计解决了传统HPM天线结构复杂、难以组阵、无法波束扫描以及极化扭转天线功率容量不足的问题。

技术领域

本发明属于高功率微波技术领域，尤其涉及一种Ka波段高功率波束扫描极化扭转平面天线。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave,HPM)泛指1～300GHz频段且峰值功率高于100MW的电磁波。最近，高功率技术在通信系统、远程雷达和新型加速器对微波源的需求引导下，向更高频率发展。根据已发表的文献，Ka波段高功率微波源已经达到500兆瓦。喇叭天线常被用于大功率微波系统，但其低增益和大尺寸不利于实际应用场景。

传统的HPM天线，如Vlasov天线、COBRA天线和大孔径抛物线天线，在一定程度上满足了实验和应用的需要，但其体积大、配置复杂、辐射效率低等缺点限制了其应用。后来，径向螺旋线阵列天线、径向线槽天线和透射阵列天线被开发出来。这些类型的天线具有良好的性能，但当高频电磁波的波长变短时，处理起来就特别困难。此外，馈电网络很复杂，很难形成一个大的阵列，且多数天线不具备波束扫描功能。

传统的极化扭转天线具有良好的波束扫描性能，但其极化扭转板与抛物面均借助于介质板，这大大限制了其在高功率领域内的应用，且传统的极化扭转天线反射面多采用抛物面，这一方面加大了工艺难度，另一方面不便于天线组阵。为了提高实用性，拓宽应用范围，开发小型化，波束可扫的Ka波段高功率毫米波平面天线已成为一个迫切的问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种Ka波段高功率波束扫描极化扭转平面天线，通过所述的平面天线的结构设计解决了传统HPM天线结构复杂、难以组阵、无法波束扫描以及极化扭转天线功率容量不足的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种Ka波段高功率波束扫描极化扭转平面天线，所述平面天线包括：极化扭转板、方锥喇叭和反射面；

所述反射面为平面结构，且所述反射面在朝向于极化扭转板的平面上设有若干栅网单元，所述栅网单元由若干保持间隙的栅板构成；

水平极化波馈入方锥喇叭，传输至反射面上的栅网单元后被反射回极化扭转板，经扭转作用，从水平极化波变为垂直极化波后被反射回反射面，然后透过栅网单元辐射至自由空间。

根据一个优选的实施方式，所述极化扭转板与反射面相向设置，所述方锥喇叭贯穿于极化扭转板并朝向反射面设置。

根据一个优选的实施方式，所述栅网单元垂直于所述反射面设置。

根据一个优选的实施方式，各栅网单元的高度在以反射面的中心点F向外发散方向上呈现周期性变化。

根据一个优选的实施方式，各栅网单元的高度在以反射面的中心点F向外发散方向由0.2mm到5.6mm呈现周期性变化设置。

根据一个优选的实施方式，所述栅网单元为由十字形反射单元开凿平行缝隙形成的若干栅板构成。

栅网单元设计为在传统的十字形反射阵单元开凿缝隙形成栅网结构，随着单元的高度变化，可实现水平极化波360°范围的相位变化，以及垂直极化波90％以上的透射率。

根据一个优选的实施方式，所述极化扭转板、方锥喇叭和反射面为金属结构。与传统的极化扭转天线相比，本发明改进了极化扭转板与抛物面的结构，将介质板剔除，实现了天线的全金属化，大幅提升了天线的功率容量。