变极化器抗烧毁能力的分析与实现

容鹏

摘要：雷达变极化器是雷达天线馈线核心部件，在实际使用过程中，承载着雷达发射功率的输出，易烧毁。着重介绍雷达变极化器抗烧毁的设计和实现，通过对变极化器电磁波传输过程中能量聚集的分布方式的研究，利用仿真和实践技术相结合，详细探讨其中介质移相片易烧毁的原因。

关键词：雷达；变极化器；介质移相片；抗烧毁

雷達变极化器在雷达天线中起“咽喉”作用，一方面需要尽可能多的把射频源信号发射出去；另一方面需要使雷达电磁波覆盖到合适的区域。雷达极化方式的不同，会导致目标反射回波的幅度和相位特性不同，进而影响雷达探测灵敏度，而变极化器介质移相片的烧毁会导致通道的驻波过大，就直接影响到了雷达的正常使用。提高变极化器介质移相片的抗烧毁能力是变极化器技术应用的基础。

一、雷达变极化器技术的特性

电磁波在空间传播时，若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化波，又称天线极化波，或称偏振波。通常可分為平面极化（包括水平极化和垂直极化）、圆极化。变极化器是射频信号的通道，用于天线馈线系统中线极化到圆极化两种极化形式的转换，主要为矩圆过渡型变极化器，发射端为矩圆过渡，从波导口过渡到圆极化器输入口，另一端口为天线端口。提高抗烧毁能力主要从介质移相片材料的选择和尽可能少的聚集发射能量两方面进行分析。

二、变极化器抗烧毁设计

要保证变极化器不被烧毁，主要是保证其介质移相片不会烧毁碳化。从介质移相片可以承受设计要求功率的因素有材料、安装方式、承受电磁波能量的大小几个方面进行设计。

（一）介质移相片材料选择

从介质移相片的原材料、变极化器的电气设计原理、变极化器的结构形式，以及使用环境、使用条件等，综合分析：得出变极化器中的介质极化片烧毁的主要原因是：变极化器中使用的介质移相片不能承受波导内因长时间大功率所引起的累积高温，导致介质移相片烧毁碳化。

保证介质移相片可以承受设计要求功率的因素有材料、安装方式、承受电磁波能量的大小几个方面。变极化器中选择的介质移相器材料为复合介质材料，从原材料设计角度要求，复合介质材料要损耗小、耐高温，才能满足系统的使用要求。变极化器在工作时，电磁波通过馈线系统传输，系统的传输损耗是介质移相片发热的主要因素，考虑到此因素，该型变极化器线极化状态时损耗≤0.3dB，当系统损耗等于0.3dB时，传输损失能量小于7%；当功率为2.4kw时，损耗功率约为168w，168w功率通过圆极化组件时，介质移相片温度小于100℃，而选择的介质移相片在155℃时材料是不会发生变形的，因此有效的控制变极化器的损耗值也是系统耐功率保证的重要因素。变极化器中选择的介质移相片材料在温度为155°时不发生变化，温度高于160°时材料变软化，温度高于300℃时，材料发生碳化，可以满足设计要求。

（二）通过介质移相片的能量分布

在保证介质移相片材料满足设计要求的基础上，进一步分析通过的能量分布，对避免介质移相片不能承受波导内因长时间大功率烧毁碳化有直接影响。该型变极化器介质移相片主要有水平和垂直两种安装位置：

变极化器中的圆极化器，采用的是介质移向片方案来实现的，对于介质片在波导中的不同安装位置对于电场强度的分布进行了设计分析，仿真结果如图12系列图所示。

从仿真结果可以看出如图2位置仿真的介质移相片，在同样输入功率（1W）的情况下，介质移相片上分布的电场强度最大为1510v/m（水平时1384v/m），即介质移相片平行于波导宽边时，移相片上集中的电磁场能量最大，会产生大量的热量。基于上述仿真得出结论，引起烧毁碳化质量问题的主要原因是介质移相片的安装方向与波导宽边平行引起的。那么，介质移相片的安装方向与波导宽边垂直（图1位置），就可以在一定程度上避免介质移相片的烧毁，从而提高变极化器的抗烧毁能力。

（三）应用实例

对变极化器组件两种不同状态（状态1：介质移相片平行于波导宽边；状态2：介质移相片垂直与波导宽边）进行了耐功率对比试验，安装两种不同状态变极化器的雷达同时进行试验，每台雷达累积开机时间超过150小时，变极化器（状态2）中的介质移相片已经发生了形变，变极化（状态1）中的介质移相片未发生形变。

通过大功率试验的验证，介质移相片平行于波导宽边结构形式满足系统功率要求。

三、结语

针对雷达变极化器烧毁原因的分析，通过对变极化器电磁波传输过程中能量聚集的分布方式的研究，利用仿真和实践技术相结合，真正实现了变极化器抗烧毁能力的提高。目前该设计思路已经成功地应用到科研生产中，对提高雷达天线馈线的可靠性奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]古勇.一种新型波导基片集成波导转换器设计[J].微波学报，2010年S2期.

[2]伍刚.基于给定参数对圆形微带天线馈源的确定[J].电测与仪表，2006年10期.