一种全方位辐射的高功率微波系统的制作方法

1.本发明属于高功率微波技术领域，具体地说涉及一种全方位辐射的高功率微波系统。


背景技术：

2.一般来说，高功率微波(high power microwave,hpm)指的是峰值功率大于100mw，频率介于1ghz到300ghz之间的相干电磁辐射。它是本世纪70年代以来随着脉冲功率技术、相对论电子学和等离子体物理等学科的发展而发展起来的一个新的研究领域。高功率微波在等离子体加热、远程雷达、工业辐照及电子对抗等领域具有较为广阔的应用空间。
3.许多应用场合要求高功率微波系统具有全向辐射能力，以便将高功率微波能量辐射到空间任意需要的位置点。常用的方法是采用扫描天线将微波能量根据需要辐射到需求角度，然而天线的波束扫描角度范围有限，单一高功率微波系统的能量很难对空间4π立体角进行全覆盖。这就需要利用多个微波系统组合实现空间全覆盖，导致整个系统体积重量庞大，且多个微波系统之间的协调同步要求较高且控制系统复杂，应用不变。
4.针对上述问题，特提出本发明。


技术实现要素：

5.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种全方位辐射的高功率微波系统。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种全方位辐射的高功率微波系统，包括用于产生高功率微波的高功率微波源、用于将高功率微波辐射到指定空间位置的辐射天线和用于连接高功率微波源和辐射天线的功率分配器，所述辐射天线为多面体结构，所述功率分配器的多个输出端分别与所述辐射天线的多个面对应且连接。
7.优选的，所述功率分配器包括多路分别与所述高功率微波源连接的传输机构，每一路传输机构均包括依次顺序相连的馈入波导、微波开关和输出波导，所述馈入波导与高功率微波源的输出端连接，所述输出波导与所述辐射天线连接。
8.优选的，所述馈入波导的长度为n λ/4，其中，n为非负整数，λ为波导导波波长。
9.优选的，所述高功率微波源包括初级能源、脉冲功率源、相对论微波产生器件及包括真空、引导磁场在内的附属设备或组件。
10.优选的，所述高功率微波源为紧凑型marx发生器，紧凑型marx发生器驱动相对论返波管产生高功率微波，其输出微波模式为圆波导tm01模，输出端为空心圆波导。
11.优选的，所述辐射天线由多个辐射阵面组成多面体结构，所述辐射阵面包括辐射面和设置于所述辐射面内侧的馈线，所述馈线内设置有用于对辐射阵面上的辐射波束进行指向调节的调相装置。
12.优选的，所述辐射阵面还包括天线窗，所述天线窗设置于辐射阵面的外侧。
13.优选的，所述辐射阵面为机械扫描天线和相控阵天线中的一种或二种的结合。
14.优选的，所述辐射天线由6个辐射阵面组成六边形结构，所述辐射阵面为二维相控阵，波束调节范围为垂直正面法向正负60
°
的锥角。
15.有益效果：
16.1、本发明提供的全方位辐射的高功率微波系统具有波束覆盖范围广、拓扑结构简单的特点，其体积及重量均较小，控制方式简单，能够满足多种应用需求。
17.2、本发明提供的全方位辐射的高功率微波系统能够在仅采用一套高功率微波源的前提下保证微波快速辐射到指定空间位置，大幅降低了系统体积重量及复杂度。
18.3、本发明提供的全方位辐射的高功率微波系统能够很好的应用于需要全空间覆盖的高功率微波系统之中。
附图说明
19.图1为本发明全方位辐射的高功率微波系统的结构示意图。
20.图2为本发明全方位辐射的高功率微波系统的内部结构示意图。
21.图3为功率分配器的结构示意图。
22.图4为辐射天线的结构示意图。
23.图中：100、高功率微波源；200、功率分配器；210、馈入波导；220、微波开关；230、输出波导；300、辐射阵面；310、馈线；320、辐射面；330、天线窗。
具体实施方式
24.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。
25.如图1
‑
4所示，本具体实施例中提供的全方位辐射的高功率微波系统包括用于产生高功率微波的高功率微波源100、用于将高功率微波辐射到指定空间位置的辐射天线和用于连接高功率微波源100和辐射天线的功率分配器200，所述辐射天线为密封的多面体结构，所述功率分配器200的多个输出端分别与所述辐射天线的多个面对应且连接，高功率微波源100处于整个系统的中心位置，高功率微波根据辐射需求通过功率分配器200分配传输至相应的辐射面上。
26.根据系统所需辐射微波功率及频段，高功率微波源100一般包括初级能源、脉冲功率源、相对论微波产生器件及包括真空、引导磁场在内的附属设备或组件。具体的，在本具体实施例中，高功率微波源100为紧凑型marx发生器，紧凑型marx发生器驱动相对论返波管产生高功率微波，其输出微波模式为圆波导tm01模，输出端为空心圆波导。
27.功率分配器200包括多路分别与所述高功率微波源100连接的传输机构，传输机构的数量与辐射天线的面数相对应，每一路传输机构均包括依次顺序相连的馈入波导210、微波开关220和输出波导230，馈入波导210均匀的设置于高功率微波输出端的侧面上并与之相连，馈入波导210的长度为n λ/4，其中，n为非负整数，λ为波导导波波长，馈入波导210该长度的设定可以在对应微波开关220关闭时保证传输至该馈入波导210内的微波能量反射相消，不影响微波能量传输效率。所述输出波导230与所述辐射天线连接，微波开关220控制对应传输机构上是否传输微波，当微波开关220打开时将微波能量传输到对应辐射面上。
28.辐射天线由多个辐射阵面300组成多面体结构，所述辐射阵面300包括辐射面320、设置于所述辐射面320内侧的馈线310和设置于辐射面320外侧的天线窗330，所述馈线310内设置有用于对辐射阵面300上的辐射波束进行指向调节的调相装置，天线窗330覆盖于辐射阵面300得外侧，位于系统最外层，天线窗330的材料为聚四氟乙烯或陶瓷等常用微波介质材料，其作为微波辐射窗口。高功率微波源100至每个辐射阵面300之间的传输波导的内部均为真空。
29.进一步的，根据系统微波辐射空间覆盖范围需求及单个辐射阵面300的辐射范围进行辐射面320数量的选择设定，并且，每个辐射阵面300可以相同或者不同，每个辐射面320均可以采用机械扫描天线、相控阵天线或者二者结合的技术路线。具体的，在本具体实施例中，辐射天线优选为由6个辐射阵面300组成正六边形结构，每个辐射阵面300均为二维相控阵，波束调节范围为垂直正面法向正负60
°
的锥角，六个辐射阵面300保证了对整个空间4π立体角的覆盖。
30.该全方位辐射的高功率微波系统还包括控制系统，微波开关220、调相装置和高功率微波源100均分别与控制系统通信连接，辐射角度相限与阵面对应关系预先存储于控制系统内部的存储单元上。
31.该全方位辐射的高功率微波系统在使用时，系统收到指令需要将微波辐射到某一特定角度，控制系统根据预先存储好的辐射角度相限与对应阵面关系，解算出本次发射对应的辐射阵面300，控制系统发出指令控制功率分配器200将不需要辐射微波的辐射天线阵面所对应的微波开关220关闭，保证高功率微波源100产生的高功率微波只能通过对应输出波导230流向指定辐射阵面300并辐射出去；同时相应辐射阵面300根据辐射角度要求通过调相装置对自身波束指向进行调节，保证波束最终指向需要位置；上述动作完成后，控制系统控制高功率微波源100产生高功率微波，高功率微波通过打开的一路传输机构馈入到指定辐射阵面300并最终辐射到目标位置。本发明的全方位辐射的高功率微波系统能够在仅采用一套高功率微波源100的前提下保证微波快速辐射到指定空间位置，大幅降低了系统体积重量及复杂度。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化均囊括在本发明内。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。