技术摘要：
本发明公开了一种可实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线，目的是解决高功率微波天线不具备模式转换功能，轴向结构冗长问题。本发明由喇叭天线、极化转换超透镜、定位法兰盘和模式转换超透镜构成；极化转换超透镜由多个极化转换超透镜单元以蜂窝状排列组合而成，单 全部
背景技术：
高功率微波作为一门新兴的学科，在军事领域和民用领域都有着广泛的应用前 景。作为高功率微波系统的重要组成部分，高功率辐射天线决定着能否将高功率微波源产 生的能量有效地辐射或集中作用到目标上。目前，多数高功率微波源(如虚阴极振荡器、相 对论返波管、磁绝缘线振荡器等)产生的微波模式都为旋转轴对称模，如圆波导的TM01模、 TE01模和同轴波导TEM模等。这些模式由于场分布在波导横截面上绕波导轴具有旋转对称 性，若直接发射或激励传统喇叭天线，将产生轴向为零的环状远场方向图，其能量分散、增 益低，不利于高功率微波的定向发射与传输。同时，大多数高功率微波辐射天线均为线极化 天线，对于圆极化接收的电子设备，很难发挥作用效果，部分能量将由于极化不匹配而损 失。不仅如此，现有的高功率微波辐射天线大多只能沿轴向输出，无法实现指定方向的微波 辐射，应用场合有限。 为了实现微波的定向辐射，通常要应用高功率微波模式转换器将圆波导的TM01模、 TE01模或同轴波导TEM模转换为易于定向发射的圆波导TE11模，再由喇叭天线向外发射。为 了增加高功率微波与目标的耦合概率，通常需要使用圆极化器将线极化圆波导TE11模转换 为圆极化圆波导TE11模来激励喇叭天线。现有的高功率微波模式转换器和高功率微波圆极 化器的长度通常均为3～7个波长，当与喇叭天线配合使用时，会造成整个高功率微波发射 系统结构复杂、轴向长度过长等不足。为了实现系统在指定方向的微波辐射，通常需要引入 弯曲波导或旋转关节等结构来改变喇叭天线的出射方位。上述结构的引入会大大增加系统 的复杂程度，带来额外的传输损耗。 由于现有的喇叭天线与高功率微波模式转换器、圆极化器及弯曲波导配合使用 时，结构复杂，轴向长度较长，传输损耗较大，不能满足某些特定场合(如空间尺寸有限的机 载平台)的应用需求，如何设计一种轴向紧凑同时可实现波束偏转、极化转换和模式转换功 能的高功率微波天线是本领域技术人员极为关注的技术问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服目前大多数高功率微波天线不具备模式转换、极 化转换和波束偏转功能，以及与模式转换器、圆极化器和弯曲波导配合使用时轴向结构冗 长，传输损耗偏大等不足，提供一种可实现波束偏转的新型高功率模式转换超透镜天线，其 结构紧凑，增益高，功率容量高。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 本发明由喇叭天线、极化转换超透镜、定位法兰盘和模式转换超透镜四部分构成， 其中喇叭天线为圆锥喇叭天线，由第一法兰盘，圆锥喇叭和第二法兰盘组成。喇叭天线一端 6 CN 111600132 A 说 明 书 2/10 页 通过第一法兰盘与微波源相连作为输入端口，另一端通过第二法兰盘与极化转换超透镜的 一面焊接，第一法兰盘和第二法兰盘分别与圆锥喇叭的两端相连；极化转换超透镜的另一 面与定位法兰盘一端焊接。定位法兰盘一端与极化转换超透镜焊接，另一端与模式转换超 透镜焊接；定义本发明靠近微波源的一端(即第一法兰盘所在的端)为输入端，定义本发明 远离微波源的一端(即模式转换超透镜所在的一端)为输出端；喇叭天线、极化转换超透镜、 定位法兰盘和模式转换超透镜共轴，中心轴线为OO’。 喇叭天线为金属材料制成，第一法兰盘焊接在圆锥喇叭输入端的外壁上，第二法 兰盘焊接在圆锥喇叭输出端的外壁上；第一法兰盘呈圆环状，其外直径为D1，内直径为D2，圆 环厚度即轴向长度为t1；圆锥喇叭由圆波导和圆锥波导连接而成，其中圆波导形状为一个 圆筒，内直径等于D2，轴向长度为t2，波导壁厚为s；圆锥波导与圆波导相连一端的内直径等 于D2，远离圆波导一端的内直径为D3，轴向长度为l1，波导壁厚等于s，D3>D2；第二法兰盘呈圆 环状，其外直径为D4，内直径等于D3，第二法兰盘圆环厚度即轴向长度等于t1。 极化转换超透镜由金属材料构成，整体呈圆盘状，其直径等于D4，厚度为l2。极化转 换超透镜由多个极化转换超透镜单元以蜂窝状排列组合而成，令任意一个极化转换超透镜 单元的中心轴线为O1O1’，O1O1’与OO’平行。极化转换超透镜单元中心钻有一个第一圆柱形 通孔，第一圆柱形通孔半径为r，深度为l2，第一圆柱形通孔的中心轴线与O1O1’共轴。第一圆 柱形通孔内部有两个结构相同的弓形柱，分别为第一弓形柱和第二弓形柱，第一弓形柱和 第二弓形柱分别通过第一支撑杆和第二支撑杆与第一圆柱形通孔内壁连接，第一弓形柱和 第二弓形柱关于O1O1’180°旋转对称；第一几何中心轴线O2O2’为经过第一弓形柱矩形底面 几何中心的垂线，O2O2’与O1O1’垂直。第一支撑杆与第二支撑杆为两个结构相同的扇环形 柱，第一支撑杆与第二支撑杆关于O1O1’180°旋转对称；第一支撑杆一个弧面与第一圆柱形 通孔内壁连接，另一个弧面与第一弓形柱的弧面连接，从而在第一圆柱形通孔内部支撑第 一弓形柱；第二支撑杆一个弧面与第一圆柱形通孔内壁连接，另一个弧面与第二弓形柱的 弧面连接，从而在第一圆柱形通孔内部支撑第二弓形柱；第一弓形柱与第一支撑杆长度均 等于l2。为了匹配出射阻抗，沿O1O1’方向，极化转换超透镜单元在远离微波源的一端开有两 个匹配槽，分别为第一出射匹配槽及第二出射匹配槽；为了匹配入射阻抗，极化转换超透镜 单元在靠近微波源的一端也开有两个匹配槽，分别为第一入射匹配槽及第二入射匹配槽； 四个匹配槽结构相同，第一出射匹配槽与第二出射匹配槽关于O1O1’180°旋转对称，第一入 射匹配槽与第二入射匹配槽关于O1O1’180°旋转对称，第一出射匹配槽与第一入射匹配槽关 于O2O2’对称；第一出射匹配槽槽深为l21，l21
