變極化器抗燒毀能力的分析與實現

容鵬

摘要：雷達變極化器是雷達天線饋線核心部件，在實際使用過程中，承載著雷達發射功率的輸出，易燒毀。著重介紹雷達變極化器抗燒毀的設計和實現，通過對變極化器電磁波傳輸過程中能量聚集的分布方式的研究，利用仿真和實踐技術相結合，詳細探討其中介質移相片易燒毀的原因。

關鍵詞：雷達；變極化器；介質移相片；抗燒毀

雷達變極化器在雷達天線中起“咽喉”作用，一方面需要盡可能多的把射頻源信號發射出去；另一方面需要使雷達電磁波覆蓋到合適的區域。雷達極化方式的不同，會導致目標反射回波的幅度和相位特性不同，進而影響雷達探測靈敏度，而變極化器介質移相片的燒毀會導致通道的駐波過大，就直接影響到了雷達的正常使用。提高變極化器介質移相片的抗燒毀能力是變極化器技術應用的基礎。

一、雷達變極化器技術的特性

電磁波在空間傳播時，若電場矢量的方向保持固定或按一定規律旋轉，這種電磁波便叫極化波，又稱天線極化波，或稱偏振波。通常可分為平面極化（包括水平極化和垂直極化）、圓極化。變極化器是射頻信號的通道，用于天線饋線系統中線極化到圓極化兩種極化形式的轉換，主要為矩圓過渡型變極化器，發射端為矩圓過渡，從波導口過渡到圓極化器輸入口，另一端口為天線端口。提高抗燒毀能力主要從介質移相片材料的選擇和盡可能少的聚集發射能量兩方面進行分析。

二、變極化器抗燒毀設計

要保證變極化器不被燒毀，主要是保證其介質移相片不會燒毀碳化。從介質移相片可以承受設計要求功率的因素有材料、安裝方式、承受電磁波能量的大小幾個方面進行設計。

（一）介質移相片材料選擇

從介質移相片的原材料、變極化器的電氣設計原理、變極化器的結構形式，以及使用環境、使用條件等，綜合分析：得出變極化器中的介質極化片燒毀的主要原因是：變極化器中使用的介質移相片不能承受波導內因長時間大功率所引起的累積高溫，導致介質移相片燒毀碳化。

保證介質移相片可以承受設計要求功率的因素有材料、安裝方式、承受電磁波能量的大小幾個方面。變極化器中選擇的介質移相器材料為復合介質材料，從原材料設計角度要求，復合介質材料要損耗小、耐高溫，才能滿足系統的使用要求。變極化器在工作時，電磁波通過饋線系統傳輸，系統的傳輸損耗是介質移相片發熱的主要因素，考慮到此因素，該型變極化器線極化狀態時損耗≤0.3dB，當系統損耗等于0.3dB時，傳輸損失能量小于7%；當功率為2.4kw時，損耗功率約為168w，168w功率通過圓極化組件時，介質移相片溫度小于100℃，而選擇的介質移相片在155℃時材料是不會發生變形的，因此有效的控制變極化器的損耗值也是系統耐功率保證的重要因素。變極化器中選擇的介質移相片材料在溫度為155°時不發生變化，溫度高于160°時材料變軟化，溫度高于300℃時，材料發生碳化，可以滿足設計要求。

（二）通過介質移相片的能量分布

在保證介質移相片材料滿足設計要求的基礎上，進一步分析通過的能量分布，對避免介質移相片不能承受波導內因長時間大功率燒毀碳化有直接影響。該型變極化器介質移相片主要有水平和垂直兩種安裝位置：

變極化器中的圓極化器，采用的是介質移向片方案來實現的，對于介質片在波導中的不同安裝位置對于電場強度的分布進行了設計分析，仿真結果如圖12系列圖所示。

從仿真結果可以看出如圖2位置仿真的介質移相片，在同樣輸入功率（1W）的情況下，介質移相片上分布的電場強度最大為1510v/m（水平時1384v/m），即介質移相片平行于波導寬邊時，移相片上集中的電磁場能量最大，會產生大量的熱量。基于上述仿真得出結論，引起燒毀碳化質量問題的主要原因是介質移相片的安裝方向與波導寬邊平行引起的。那么，介質移相片的安裝方向與波導寬邊垂直（圖1位置），就可以在一定程度上避免介質移相片的燒毀，從而提高變極化器的抗燒毀能力。

（三）應用實例

對變極化器組件兩種不同狀態（狀態1：介質移相片平行于波導寬邊；狀態2：介質移相片垂直與波導寬邊）進行了耐功率對比試驗，安裝兩種不同狀態變極化器的雷達同時進行試驗，每臺雷達累積開機時間超過150小時，變極化器（狀態2）中的介質移相片已經發生了形變，變極化（狀態1）中的介質移相片未發生形變。

通過大功率試驗的驗證，介質移相片平行于波導寬邊結構形式滿足系統功率要求。

三、結語

針對雷達變極化器燒毀原因的分析，通過對變極化器電磁波傳輸過程中能量聚集的分布方式的研究，利用仿真和實踐技術相結合，真正實現了變極化器抗燒毀能力的提高。目前該設計思路已經成功地應用到科研生產中，對提高雷達天線饋線的可靠性奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

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