一种C波段高功率铁氧体快速全极化器

摘要

本发明公开一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，包括方形中空的磁回路板，磁回路板内设置有波导管，波导管内壁设置有铁氧体片，波导管外壁上位于铁氧体片位置向内凹陷，波导管的两端分别连有正交模耦合器，磁回路板一侧内壁的四边中部分别设置有变极化段四磁极，四磁极上缠绕有变极化段激励线圈，变极化段激励线圈交错并联后与极化电源连接，磁回路板一侧内壁的四角处分别设置有移相段四磁极，四磁极上缠绕有移相段激励线圈，移相段激励线圈交错并联后与相位电源连接。本发明提供的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，能够提高全极化器的极化转换速度和全极化器的承受功率。

权利要求

1.一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：包括方形中空的磁回路板（1），所述磁回路板（1）内设置有波导管（4），所述波导管（4）内壁设置有铁氧体片（5），所述波导管（4）外壁上位于所述铁氧体片（5）位置向内凹陷，凹陷处所述波导管（4）的厚度为0.5±

0.1mm，所述波导管（4）的两端分别连有正交模耦合器（2），所述磁回路板（1）一侧内壁的四边中部分别设置有变极化段四磁极（12），所述变极化段四磁极（12）上缠绕有变极化段激励线圈（3），所述变极化段激励线圈（3）交错并联后与极化电源连接，所述磁回路板（1）一侧内壁的四角处分别设置有移相段四磁极（13），所述移相段四磁极（13）上缠绕有移相段激励线圈（6），所述移相段激励线圈（6）交错并联后与相位电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述波导管（4）为带有散热片装置的方波导或者圆波导。

3.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述波导管（4）外壁凹陷处形成散热通道，所述散热通道的深度为0.5±0.1mm，所述散热通道内设置有散热片或者水冷却装置。

4.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述铁氧体片（5）与所述波导管（4）之间均匀填充导电胶。

5.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述磁回路板（1）上开设有散热孔（11）。

6.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述波导管（4）的两端设置有第一方形连接部，所述正交模耦合器（2）连接端设置有第二方形连接部，所述波导管（4）与所述正交模耦合器（2）之间通过第一方形连接部和第二方形连接部连接。

7.根据权利要求1所述的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其特征在于：所述铁氧体片（5）的材质为钇钆锡铟石榴石型。

说明书

一种C波段高功率铁氧体快速全极化器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，属于雷达极化技术领域。

背景技术

[0002] 雷达回波中极化信息研究，虽然始于五十年代，但一直没有形成热点，最近几十年来，随着隐身目标、电子干扰、分类及目标识别等威胁的发展，才把极化信息的利用和研究提到重要位置，并成为雷达新技术发展的前沿技术。

[0003] 当前实现变极化技术应用的方法有很多种，铁氧体变极化技术一直受到人们的关注。上世纪80～90年代中，所研发设计的单铁氧体电控变极化器已成功应用于国家“远望
号”航载精密测量雷达、车载靶场精密测量雷达、X波段导航雷达、8毫米低仰角测量雷达以及全波段(L、S、C、X)低轨卫星单脉冲宽带地面情报侦察雷达天馈接收支路，已完成多极化接收转换成单极化输出。这些变极化技术应用，增强了雷达目标检测及抗自然干扰的能力。
但近代极化雷达变极化技术的发展要求是全极化工作(all variable polarizer)，要求工
作在各种形态(各种极化)、各种姿态(不同椭圆轴倾角)和不同极化旋转向，而且要求接收
和发射独立变极化。这样新的全极化域电控变极化技术对现在极化雷达变极化问题的研究
及提高雷达实战能力，将无疑有着十分重要的意义。

[0004] 微波铁氧体电控全极化技术应用频段范围广，其工作频率为0.8～40GHz(L、S、C、X、Ku及Ka波段)，它将对今后现代雷达新技术发展及应用(抗干扰、干扰及电子侦察等)提供更好的技术支撑。

[0005] 如何解决雷达极化固定或单一的困难问题，提高雷达的抗干扰能力是当前面临的迫切问题，因此在馈线系统和天线间，必须装有变极化(或全极化)控制装置，使雷达能以多种极化方式工作，极化捷变雷达一旦发现某种极化被敌方干扰时，迅速改变天线的极化方
式工作，达到抑制各种极化干扰的目的，变极化(或全极化)抗干扰技术具有广阔的应用前
景和很高的推广应用价值，在未来复杂电磁环境的战争中发挥巨大作用。

[0006] 在现有技术中极化器在极化转换速度与极化器承受功率方面存有技术缺陷。在极化转换速度方面，现有极化器极化转换速度慢，转换速度在5～10ms，难以满足在连续跟踪、抗干扰及其他功能中的应用。在功率方面，现有极化器由于结构等方面的原因，其承受功率较低，峰值功率在500～600kw、平均功率在1kw，难以满足大功率场景下的各项应用。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，提供一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，能够提高全极化器的极化转换速度和全极化器的承受功率。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0009] 一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，包括方形中空的磁回路板，所述磁回路板内设置有波导管，所述波导管内壁设置有铁氧体片，所述波导管的两端分别连有正交模耦
合器，所述磁回路板一侧内壁的四边中部分别设置有变极化段四磁极，所述四磁极上缠绕
有变极化段激励线圈，所述变极化段激励线圈交错并联后与极化电源连接，所述磁回路板
一侧内壁的四角处分别设置有移相段四磁极，所述第二线圈柱上缠绕有移相段激励线圈，
所述移相段激励线圈交错并联后与相位电源连接。

[0010] 所述波导管外壁上位于所述铁氧体片位置向内凹陷，凹陷处所述波导管的厚度为0.5±0.1mm。

[0011] 所述波导管外壁凹陷处形成散热通道，所述散热通道的深度为0.5±0.1mm，所述散热通道内设置有散热片或者水冷却装置。

[0012] 所述铁氧体片与所述波导管之间均匀填充导电胶。

[0013] 所述波导管的两端设置有第一方形连接部，所述正交模耦合器连接端设置有第二方形连接部，所述波导管与所述正交模耦合器之间通过第一方形连接部和第二方形连接部
连接。

[0014] 所述铁氧体片的材质为钇钆锡铟石榴石型。

[0015] 本发明的有益效果：本发明提供一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，通过对波导管结构进行设计，通过将与四磁极头接触部分波导管厚度设计为0.5±0.1mm，提高磁导
率，减少涡流效应，降低滞后时间，提高了全极化器的极化转换速度，进而提升变极化器性能；在波导管的四壁装载有散热片装置或者水冷却装置，能够提升器件的散热性能，提高全极化器的承受功率；铁氧体片与波导管间均匀填充导电胶，提升全极化器的热传导特性，加速散热，提高全极化器的承受功率。

附图说明

[0016] 图1是本发明一种C波段高功率铁氧体快速全极化器的立体结构示意图；

[0017] 图2是图1中变极化器位置的横向截面结构示意图；

[0018] 图3是图1中差相移器位置的横向截面结构示意图；

[0019] 图4是本发明的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器的结构原理图。

[0020] 图中附图标记如下：1‑磁回路板；2‑正交模耦合器；3‑变极化段激励线圈；4‑波导管；5‑铁氧体片；6‑移相段激励线圈；11‑散热孔；12‑变极化段四磁极；13‑移相段四磁极。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0022] 如图4所示，本发明公开一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，由两个正交模耦合器、变极化器(V)、移相器(Φ)、极化电源和移相电源等六部分组成，变极化器(V)段的功能是完成变极化幅度调整，移相器(Φ)段完成相位调整，铁氧体方波导或圆波导上面配置
四磁极磁化场来完成全极化功能，其结构为一体化设计比较紧凑。本发明利用铁氧体波导
中的双折射效应设计的新型电控器件，控制铁氧体段外加磁化场的大小，就能在波导管(方波导或圆波导)中传播垂直极化波、水平极化波、左、右圆极化波或任意椭圆极化波，也可以用作快速高功率极化开关、任意高低功率分配器、任意高低功率合成器等，这种新型高功率器件将在微波技术领域中获得多种新应用。

[0023] 本发明的具体结构如图1到3所示，包括方形中空的磁回路板1，磁回路板1上开设有散热孔11。磁回路板1内设置有波导管4，波导管4为方波导或者圆波导。在本实施例中，波导管4优选为方波导。波导管4内壁设置有铁氧体片5。

[0024] 波导管4的两端分别连有正交模耦合器2，波导管4的两端设置有第一方形连接部，正交模耦合器2连接端设置有第二方形连接部，波导管4与正交模耦合器2之间通过第一方
形连接部和第二方形连接部连接。

[0025] 磁回路板1一侧内壁的四边中部分别设置有变极化段四磁极12，变极化段四磁极12上缠绕有变极化段激励线圈3，磁回路板1、变极化段四磁极12、变极化段激励线圈3、波导管4和铁氧体片5构成变极化器，其中变极化段激励线圈3与极化电源连接。磁回路板1一侧
内壁的四角处分别设置有移相段四磁极13，移相段四磁极13上缠绕有移相段激励线圈6，磁回路板1、移相段四磁极13、移相段激励线圈6、波导管4和铁氧体片5构成差相移器，其中移相段激励线圈6与相位电源连接。本发明当垂直极化波或水平极化波从左端或右端输入高
频信号时，则右端或左端可获得全极化输出。

[0026] 本发明中铁氧体片5的材质选取低损耗高优值、高温度稳定性的钇钆锡铟石榴石型微波铁氧体材料，它是实现高峰值、平均功率容量的全极化器的关键基础，在上述大功率工作环境下，全极化器各状态稳定工作、相位漂移很小。

[0027] 本发明C波段高功率铁氧体快速全极化器的工作原理为：采用极化变换矩阵很清楚描述全极化器的工作原理，其极化矩阵形式为

[0028]

[0029] 设φ＝φx‑φy为双模相位差，不考虑双模初始相位，得到变极化矩阵T表达式，T为矩阵，收发极化满足倒易性，当输入极化波为水平极化波(1，0)形式时，则输出极化波为‑jφ T
(cosαe ,sinα) ，这样可分析值域范围，有定义域知，当α正向磁化时，(φ+π/2)∈(‑π/2+π/2，π/2+π/2)＝(0，π)，当α为反向磁化时，(φ‑π/2)∈(‑π/2‑π/2，π/2‑π/2)＝(‑π，0)。上面满足全极化域条件，全极化器均能实现全极化变换输入/输出极化呈镜像关系(或倒易关
系)。

[0030] 变极化传播常数(差相移)计算表达式如下：变极化传播常数(差相移)采用微扰值分析求出Δβ表示式为

[0031]

[0032] 式中a、t、w分别为方波导边长(cm)、铁氧体厚度(cm)、宽度(cm)，k为铁氧体材料张量磁导率的非对角分量，μ为磁导率，由此式确定设计参数，当工作频率确定后，铁氧体材料物理参数为饱和磁化强度4πMs＝1050Gs(高斯)、工作线宽ΔH＝80oe(奥斯特)、铁氧体介电‑4常数ε＝14.5、电损耗正切因子tgσ＝1.5×10 、居里温度Tc＝250℃，饱和磁化工作时μ＝1，所以 铁氧体条片宽度w＝2.8cm、厚度t＝0.3cm，微波方波导边长a＝
3.7cm，上式参数代入Δβ式中计算后，则变极化差相移Δφ＝Δβ×57°/cm(单位长度差相移)，变极化差相移段要求Δφ＝180°，则移相段长度 它是设计变极化移
相段与相移段的重要依据。

[0033] 本发明设计得到的一种C波段高功率铁氧体快速全极化器，其电性能指标如表1：

[0034] 表1 C波段高功率铁氧体全极化器电性能

[0035]

[0036] 本发明高功率铁氧体全极化器，波导管4外壁上位于铁氧体片5位置向内凹陷，凹陷处波导管4的厚度一般为0.5±0.1mm，同时采用激励磁化脉冲电流上升、下降沿附加峰化
脉冲电流，使极化转换速度在由垂直极化波转换成水平极化波时的值小于1.5ms，实现了高功率铁氧体全极化器的快速转换；波导管4外壁凹陷处形成散热通道，散热通道的深度为
0.5±0.1mm，散热通道内设置有散热片或者水冷却装置，能够提升器件的散热性能，提高全极化器的承受功率；铁氧体片5与波导管4之间均匀填充导电胶，提升全极化器的热传导特
性，加速散热，提高全极化器的承受功率；另外本发明可以在全极化器的整机外部载有冷却装置，进一步提升全极化器的功率性能。

[0037] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。