[发明专利]微波合束发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波功率合成技术，特别涉及一种微波合束发射装置。

背景技术

近年来，随着微波技术的快速发展，定向能武器、粒子加速器、无线能量传输和电子对抗等领域对高功率微波(HPM)源的需求日趋强烈。微波源的输出功率大小是一个重要的技术参数。一方面虽然现在诸如相对论磁控管、相对论返波管和速调管等微波源的单个输出功率得到了很大提高，很多都已达到了GW级别，但是由于受腔体内击穿电压等物理机制和工艺结构限制，单个微波辐射源(简称为微波源)都存在输出功率上限，依然很难满足大功率微波系统的要求。利用单个微波源驱动的天线也很难在目标区域提供足够大的功率密度，达到预期的目的。利用多个功率源组成的阵列进行功率合成是一种能大幅提高微波发射功率，增加作用距离和探测距离的有效手段。因此，加强对微波功率合成的研究对雷达、测控、军事对抗、能量传输和通信领域等具有重要意义。另一方面，在实际微波毫米波电路设计中，为了克服传统行波管和速调管等大功率器件尺寸、重量过大，可靠性低等问题，人们广泛采用微波固态器件作为功率源。它具有质量小、尺寸小、功耗低，可靠性高等引人注目的优点。但令人遗憾的是，由于受半导体特性及散热条件等的影响，它的输出功率上限受到严重制约。单个微波固态源目前还很难满足大功率毫米波通信的要求。采用多个微波源进行功率合成，形成较高的功率输出是充分发挥微波固态器件优势的必由之路。因此，毫米波功率合成的研究自从出现以来就一直是微波领域的一个重要研究热点。

为了达到高效率的功率合成，现有的微波功率合成技术大都需要采用诸如锁相环、腔控、同步锁相等方式来保证各路合成信号参数的一致性，我们称之为“相干微波功率合成”。相干微波功率合成的最基本、最核心也是最困难的技术问题就是如何严格精确控制各路待合成信号的相位。为了达到相干微波功率合成这个目标，人们发展了“链式功率合成”、“注入式锁相”等技术，高功率移相器、锁相环等器件也被广泛采用。然而，随着功率的进一步提高和合成单元数目的进一步的增加，这些技术本身大都遇到了造价昂贵、系统结构复杂、馈电系统繁琐等难以解决的问题。

当各路合成信号不能在一定时间内满足相位差恒定(很多情况下要求相位差为零)时，我们称之为“非相干微波功率合成”。非相干微波功率合成由于不要求对各微波源参数进行严格精确控制，可以摆脱传统相干微波功率合成对各个微波源频率、相位和幅度一致性的严格要求，节省移相器、锁相环等相关相位控制器件，实现合成系统的精简，从而降低成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种微波合束发射装置，对多路非相干微波源进行功率合成，形成大功率微波合束发射。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，微波合束发射装置，包括反射面和至少2个微波辐射源，其特征在于，所述反射面为抛物面，所述微波辐射源发射的微波经所述抛物面反射后向同一方向发射，所述微波辐射源为非相干微波辐射源。

抛物面是由抛物线绕其对称轴旋转180°构成的。从抛物面焦点发出的电磁波，经抛物面发射后能够成为沿对称轴发射的平行波束。本发明的技术方案，利用抛物面将多个微波辐射源的能量反射到同一个方向，形成合束发射，从而在目标区域获得高功率密度微波能量。本发明无需对每个微波辐射源的相位进行控制，大大的降低了成本和系统的复杂性。目标区域的微波能量密度只与每个微波辐射源的功率大小、微波辐射源的个数和反射面的口径相关，与各个微波辐射源之间是否相干无关。

进一步的，所述微波辐射源均匀分布在所述抛物面焦点周围，与焦点的距离远远小于所述焦点与所述反射面的最小距离。

微波辐射源均匀分布在抛物面焦点周围，并尽可能接近焦点，在抛物面口径足够大，微波辐射源与焦点的距离远远小于焦点到反射面的最小距离时，可以认为各个微波辐射源的微波是从焦点发出的，能够使反射面口径上产生平面波前，提高反射面的增益。为了提高微波的功率密度，从每个微波辐射源发出的微波都要尽量辐射到整个反射面上，提高反射面的口径效率，如采用定向发射天线等。

优选的，所述微波辐射源之一置于所述焦点上，其余均匀分布在所述抛物面焦点周围，且与焦点的距离远远小于所述焦点与反射面的最小距离。

这种微波辐射源的布置方式，可以充分利用抛物面的焦点，便于布置更多的微波辐射源。

进一步的，所述微波辐射源与反射面采用偏置馈源方式配置，使所述微波辐射源置于所述反射面反射路径之外。

采用偏置馈源方式配置，抛物面的焦点不在抛物面的反射路径内，布置在焦点附近的微波辐射源处于反射路径之外，不会阻挡反射波，能够提高反射率。