非接觸式光控高功率波導移相器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微波通信、雷達等用的移相器，尤其涉及一種非接觸式光控高功率波導移相器。
【背景技術】
[0002]移相器是一種能夠改變電磁波傳輸相位的微波器件。通過在天線陣的饋電網絡中引入移相器，分別控制各個輻射單元的相位，可以使天線陣的波束按要求對空間進行掃描。由于具有控制天線陣波束掃描的功能，移相器被廣泛應用于雷達、通信、電子對抗、智能天線等領域。
[0003]傳統波導移相器主要分為機械式波導移相器和電控式波導移相器兩種。其中，機械式波導移相器通過波導內機械結構的相對位置變化改變電磁波的傳播常數，從而改變電磁波的傳輸相位。電控式波導移相器主要為鐵氧體移相器，該類移相器通過引入偏置磁場改變鐵氧體材料的磁導率，引起電磁波的傳輸相位變化。
[0004]1989年，William E.Hord在微波學報發表了題為“微波與毫米波鐵氧體移相器”的綜述論文(Hord W E.Microwave and millimeter-wave ferrite phase shifters [J].Microwave Journal, 1989, 32:81-94.) 0文章中介紹了鐵氧體波導移相器的基本特性和設計方法。鐵氧體移相器主要分為雙環形移相器、雙模移相器和旋轉場移相器，其基本工作原理是通過外加勵磁電流控制鐵氧體材料的磁導率，從而改變電磁波的傳輸相位。鐵氧體移相器的缺點是體積較大、勵磁結構復雜、高頻工作時插損較大、溫度穩定性較差。
[0005]2009年，由王文祥編寫，國防工業出版社出版的《微波工程技術》介紹了機械式移相器的工作特性(王文祥.微波工程技術.北京:國防工業出版社，2009，pp.116-118.)。機械式移相器的工作原理主要是在波導內引入介質結構，通過改變介質結構的位置影響電磁波的傳播常數，進而改變電磁波的傳輸相位。機械式移相器的缺點是結構復雜，體積較大，響應速度較慢，長期重復工作時失效率較高。
[0006]2014年，楊一明等人在美國電子電氣工程師協會主辦的等離子體學報上發表了題為“針對Ku波段高功率微波應用的新型移相器”的論文(Yiming Yang, ChengweiYuan,Baoliang Qian.A Novel Phase Shifter for Ku-Band High-Power MicrowaveApplicat1ns [J].1EEE Transact1ns on Plasma Science, Vol.42, N0.1, pp.51-54, January 2014.)。文章利用矩形波導寬邊尺寸影響主模傳播常數的特性實現了寬邊尺寸可調的機械式移相器。文章所提出的機械式移相器具有較高的功率容量，但由于采用步進電機對結構進行調節，導致移相器的響應速度較慢，體積較大，且結構復雜。
[0007]2009年，何明等人在南京船舶雷達研究所主辦的《雷達與對抗》上發表了題為“波導二極管移相器的設計”的論文(何明，程海榮.波導二極管移相器的設計[J].雷達與對抗，2009，29(3):47-49.)。文章中介紹了波導二極管移相器的設計原理和實現方法，將加載線型移相單元插入矩形波導內，通過PIN開關控制加載線支節的通斷來調整波導內的傳播常數，從而控制電磁波的傳輸相位。由于該方案在波導內使用了 PIN開關等半導體器件，因此容易被高功率電磁脈沖擊穿，導致功率容量較低。
[0008]上述文獻表明，傳統波導移相器在實現移相功能的同時具有以下缺點:
[0009]機械式波導移相器控制機構體積較大、響應時間長、可靠性差；電控式移相器的高頻插損較大、功率容量較低。

【發明內容】

[0010]本發明的目的是提供一種響應速度快、工作穩定性好、功率容量高的非接觸式光控高功率波導移相器。
[0011]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0012]本發明的非接觸式光控高功率波導移相器，包括金屬波導，所述金屬波導內設有光敏材料，所述金屬波導的側壁對應所述光敏材料的部位設有透光孔，所述透光孔的前方設有光源，所述光源開啟狀態下能夠透過所述透光孔照射到光敏材料表面，改變所述光敏材料的電導率，產生預期移相量。
[0013]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的非接觸式光控高功率波導移相器，由于采用控制電路與傳輸線互相隔離的控制方式，利用半導體的光電效應改變傳輸線中光敏材料的電導率，產生預期移相量，響應速度快、工作穩定性好、具有較高的功率容量。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明實施例1中單光束光控波導移相器的整體結構示意圖。
[0015]圖2是本發明實施例1中的內部結構示意圖。
[0016]圖3是本發明實施例1中的回波損耗和插入損耗測試結果。
[0017]圖4是本發明實施例1中的移相角度測試結果。
[0018]圖5是本發明實施例2中多點LED陣列光控波導移相器的整體結構示意圖。
[0019]圖6是本發明實施例2中的橫截面結構示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1.頂層蓋板，2.底層波導主體，3.石圭片，4.激光器，5.光束，6.固定螺絲孔，7.頂層安裝槽，8.底層安裝槽，9.凹透鏡，10.凹透鏡安裝孔，11.金屬波導，12.光敏基片，13.LED燈珠，14.LED驅動電路，15.透光孔。
【具體實施方式】
[0022]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0023]本發明的非接觸式光控高功率波導移相器，其較佳的【具體實施方式】是:
[0024]包括金屬波導，所述金屬波導內設有光敏材料，所述金屬波導的側壁對應所述光敏材料的部位設有透光孔，所述透光孔的前方設有光源，所述光源開啟狀態下能夠透過所述透光孔照射到光敏材料表面，改變所述光敏材料的電導率，產生預期移相量。
[0025]所述光源為激光器，所述激光器發出的光為單光束，所述透光孔為單個小孔，所述透光孔中裝有凹透鏡。
[0026]通過控制所述激光器的發光光譜中包含光子能量高于所述光敏材料禁帶寬度的頻率成分，所述光敏材料在光源照射下發生電導率變化。
[0027]調節所述激光器的發光功率，能夠改變所述金屬波導中的電磁波傳輸相位，實現模擬式或數字式移相功能。
[0028]所述光源為LED陣列，所述透光孔為與所述LED陣列對應的多個小孔。
[0029]通過控制所述LED陣列的開啟、關閉及發光強度，能夠改變波導內光敏基片的電導率，實現模擬式或數字式移相功能。
[0030]所述光敏材料為硅片或光敏基片。
[0031]所述金屬波導包括頂層蓋板和底層波導主體，所述頂層蓋板和底層波導主體內壁分別設有頂層安裝槽和底層安裝槽，所述光敏材料裝于所述頂層安裝槽和底層安裝槽內。
[0032]本發明的非接觸式光控高功率波導移相器，采用控制電路與傳輸線互相隔離的控制方式，利用半導體的光電效應改變傳輸線中光敏材料的電導率，產生預期移相量，響應速度快、工作穩定性好、具有較高的功率容量。克服了現有的機械式波導移相器體積大、響應速度慢、可靠性差和電控式移相器結構復雜、插損大、溫度穩定性差、功率容量低等缺點。
[0033]本發明所采用的技術方案是:
[0034]在傳輸線內放置光敏材料，使光敏材料與波導壁實現良好接觸；在與光敏材料相對應的波導壁上放置光源或引入外置光源入口，使得光源發光時能夠照射波導內部的光敏