[发明专利]一种金属片高功率波导移相器

说明书

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，具体是指一种金属片高功率波导移相器。 

背景技术

目前高功率微波的一个重要发展需求是实现天线阵列的波束扫描，而移相器是实现阵列波束扫描的关键部件。目前,常规移相器主要有两大类：半导体二级管移相器和铁氧体移相器。常规移相器的峰值功率容量不超过100kW, 而高功率微波的峰值功率不小于100MW，因此，常规移相器功率容量较小，不适宜用于高功率微波。 

为此国内外研究单位对高功率微波移相器展开了研究，但这些研究成果离实际工程应用还有一定距离。例如西南交大提出高功率同轴插板式移相器，电子科大提出了高功率介质移相器，前者应用于高频时有一定难度，后者在功率较高时存在介质沿面击穿的问题。传统的旋转式移相器具有精度高的优点，但应用于高功率微波时，存在必需设计模式变换和旋转关节，造成结构尺寸过大，难以应用的不足之处。采用对圆波导压椭或伸缩波纹波导可以实现高功率微波相移。但这两种技术路线均存在使用寿命过短的限制。可以通过电调可变电容调节波导一侧光子晶体结构的特征频率实现相移，但光子晶体调节机构结构复杂，功率容量低，且要解决真空密封问题。 

发明内容

本发明的目的是利用矩形波导内引入金属片产生微扰从而改变波导传输相位的原理，设计了金属片高功率波导移相器。移相器由矩形波导、金属片、支撑杆、金属片移动机构和真空动密封结构组成；利用金属片在波导中不同的位置对微波导波波长产生的变化不同的特点,通过沿波导宽边移动金属片，可以实现波导中传输微波相位的连续变化,通过合理设计金属片的长度可以在波导内实现0^o～360^o近似线性的相位变化。通过对金属片、支撑杆结构的优化设计，可实现较低的微波传输插入损耗，采用全金属结构避免产生真空介质沿面击穿。通过对移相器波导尺寸及金属片的结构优化，可减少场强集中；同时设计真空动密封结构，采用真空绝缘技术，可实现高功率容量。利用本发明可以实现高功率波导天线阵列的移相功能, 解决高功率微波阵列天线波束扫描的技术难题。 

本发明采用的技术方案：一种金属片高功率波导移相器，包括矩形波导、金属片、支撑杆、支撑座、螺杆和盖板；所述支撑杆的两个支撑脚穿过矩形波导的一侧与设置在矩形波导腔体内的金属片连接在一起，所述支撑座套在支撑杆上，盖板通过螺钉固定设置在支撑座上，螺杆依次穿过盖板和支撑座后通过螺纹与支撑杆连接在一起；所述螺杆与盖板之间设置有轴承结构。 

在上述技术方案中，所述金属片的两端为劈尖渐变形状。 

在上述技术方案中，所述轴承结构与盖板之间设置有密封圈，所述密封圈套在螺杆上。 

在上述技术方案中，所述支撑座与支撑杆之间为密封真空结构。 

在上述技术方案中，所述矩形波导腔体、金属片、支撑杆、支撑座、螺杆和盖板均采用金属材料制成。 

在本方案中，金属片高功率波导移相器可以工作在C,X,Ku波段。高功率微波从波导一端馈入后, 微波在具有金属片微扰的波导中传输,金属片在波导中不同的位置会带来不同的微波传输相位变化, 通过合理设计波导、金属片和支撑杆结构，可以实现低损高功率容量的移相功能。 

本方案中，采用了高功率容量设计，为了实现移相器的高功率容量，采用了高真空绝缘技术。对于高功率微波，高真空绝缘的微波击穿阈值最高。如果采用充SF6气体实现高功率容量，当移动金属片时，高气压会给传动装置带来较大的摩擦阻力。 

为了减小传输损耗，采用低介电常数的有机材料介质片更具优势。但是在真空中，有机材料介质会放气，影响真空度；同时真空中介质材料沿面会产生高功率微波击穿。因此采用金属片实现对波导中电磁场的微扰。 

本方案中，波导的宽边和窄边尺寸对移相器的单位长度移相量有较大的影响,为实现较短的移相器长度下满足0^o～360^o相移，要求波导宽边和窄边尺寸尽量小。但是宽边尺寸小到接近截止波长的个半时，微波的传输损耗会快速增加。减小窄边尺寸会减小功率容量。因此需要综合考虑波导尺寸实现0^o～360^o相移。 

在本方案中，金属片的宽度和厚度对移相器单位长度的移相量、功率容量和插损有较大的影响。为提高移相器单位长度的移相量，要求金属片的宽度要宽，厚度要厚。但是,增加金属片的宽度会带来较大的插损和较强的集中电场,较强的集中电场不利于功率容量设计。金属片的两端要进行渐变设计，以减小插损和防止场强集中。