高功率高效率开口波导阵列天线设计与实验

针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求,提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成,通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条,使得辐射口面的电场分布更为均匀,提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换,同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态,提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列,仿真结果表明其在9.25~9.65 GHz范围内口径效率均大于90%,反射系数均小于-13.9 dB。对天线进行了加工测试,测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好,中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍,仿真得到的真空中功率容量为40 MW,具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。

高功率小型化波导E面异频功率合成器的设计

为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求,提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理,通过采用过模矩形波导E面合成的形式,使两个波导滤波器相互平行,两个输入端口相互平齐,以满足特定应用场景的需求。同时,通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制,并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距,在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2λ,宽度为1.5λ,高度为2.8λ(λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长)。仿真结果表明,该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB,合成效率大于98%,输入端口之间的隔离度大于20 dB,在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下,功率容量为310 MW。