[發(fā)明專利]一種微波功率合成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110365738.4
• 申請(qǐng)日: 2011-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102510271A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉倉(cāng)理;常安碧;金曉;譚杰;黃華;羅敏;康強(qiáng);向飛;李名加;王淦平;何琥;金暉;龔勝剛;羅光耀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H03H11/16
• 分類號(hào): H03H11/16
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明;韓志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波發(fā)射功率合成方法。

背景技術(shù)

我國(guó)開(kāi)展微波技術(shù)研究已經(jīng)有幾十年了，但一直以來(lái)都停留在“單臺(tái)微波源+天線系統(tǒng)”的技術(shù)層面。

單臺(tái)微波源要輸出更高功率微波受到了從高電壓技術(shù)、絕緣技術(shù)、系統(tǒng)散熱、器件技術(shù)、天饋結(jié)構(gòu)到運(yùn)輸?shù)戎T多方面的限制，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大且應(yīng)用可行性差，因此，傳統(tǒng)的“單臺(tái)微波源+天線系統(tǒng)”技術(shù)路線將很難滿足高功率微波的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)的“單臺(tái)微波源+天線系統(tǒng)”技術(shù)路線存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、應(yīng)用可行性差、很難滿足更高功率應(yīng)用需求的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種新型高功率微波發(fā)射合成方法，該技術(shù)線既能降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、解決應(yīng)用可行性問(wèn)題，還能通過(guò)多系統(tǒng)的模塊化擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)更高功率微波輸出水平。

本發(fā)明的微波功率合成方法，由包括脈沖功率源、相對(duì)論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述的微波功率合成方法包括如下內(nèi)容：多臺(tái)脈沖功率源輸出的電子束，經(jīng)多路觸發(fā)系統(tǒng)同步控制電子束出束時(shí)間間隔，再經(jīng)過(guò)相對(duì)論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，該微波通過(guò)種子源使多束微波鎖相，并通過(guò)移相器控制微波相位同步，然后經(jīng)過(guò)輻射天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物體上實(shí)現(xiàn)功率合成。

所述的脈沖功率源為直線變壓器驅(qū)動(dòng)型脈沖功率源。

所述的電子束是這樣產(chǎn)生的：直線變壓器驅(qū)動(dòng)型脈沖功率源由充電電源同時(shí)并分別通過(guò)多臺(tái)變壓器后給脈沖形成網(wǎng)絡(luò)充電，多臺(tái)激光器分別觸發(fā)多臺(tái)直線變壓器驅(qū)動(dòng)型脈沖功率源的主開(kāi)關(guān)輸出高壓脈沖驅(qū)動(dòng)多臺(tái)相對(duì)論速調(diào)管放大器的二極管，在引導(dǎo)磁場(chǎng)的作用下二極管產(chǎn)生的電子束穿過(guò)器件。

所述的變壓器配置獨(dú)立的充電電源，充電電源在控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下能同時(shí)對(duì)多臺(tái)變壓器充電。

所述的微波相位同步是這樣實(shí)現(xiàn)的：種子源經(jīng)過(guò)功分器后注入多臺(tái)相對(duì)論速調(diào)管放大器的輸入腔，除第一臺(tái)相對(duì)論速調(diào)管放大器外，在其它輸入腔上分別接上一個(gè)波導(dǎo)移相器，調(diào)節(jié)注入相對(duì)論速調(diào)管放大器的微波相位，使其與第一路微波同相位。

所述的功率合成既可以工作在脈沖功率源單次運(yùn)行狀態(tài)，也可以工作在脈沖功率源重復(fù)頻率運(yùn)行狀態(tài)。

所述的引導(dǎo)磁場(chǎng)為恒流源引導(dǎo)磁場(chǎng)。

應(yīng)用本發(fā)明的微波功率合成方法，可以通過(guò)低功率微波發(fā)射系統(tǒng)的簡(jiǎn)單排列或陣列，達(dá)到獲取高功率微波；而低功率微波發(fā)射系統(tǒng)作為一種成熟技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)難度低，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，工程代價(jià)也較低。另外，作為成熟的低功率微波發(fā)生系統(tǒng)，其體積較小，適合于機(jī)動(dòng)性和靈活性要求。

附圖說(shuō)明

圖1為兩路脈沖功率源功率合成系統(tǒng)原理框圖。

圖2為兩臺(tái)脈沖功率源輻射合成電場(chǎng)分布圖計(jì)算結(jié)果。

圖3為兩臺(tái)脈沖功率源同步輸出電壓波形。

圖4?為氖燈亮度顯示的空間合成功率密度效果。

圖5為兩臺(tái)脈沖功率源同時(shí)運(yùn)行時(shí)天線內(nèi)和輻射合成波形。

圖6為兩臺(tái)脈沖功率源同時(shí)重頻5Hz運(yùn)行時(shí)單臺(tái)源輸出波形和合成波形。

具體實(shí)施方式

微波功率合成是指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上獨(dú)立的微波源進(jìn)行單次或重復(fù)頻率的同步運(yùn)行，產(chǎn)生的微波經(jīng)各自天線向目標(biāo)輻射，通過(guò)鎖頻鎖相技術(shù)控制微波相位同步，實(shí)現(xiàn)微波電場(chǎng)在目標(biāo)物上的高效率同相疊加。

功率合成系統(tǒng)重要組成部分包括脈沖功率源、相對(duì)論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線等，微波功率合成的實(shí)現(xiàn)方法是：總控系統(tǒng)控制兩臺(tái)脈沖功率源按要求輸出率電子束，兩路觸發(fā)系統(tǒng)精確同步控制電子束出束時(shí)間間隔，經(jīng)過(guò)相對(duì)論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，微波種子源使雙束微波鎖頻鎖相，并通過(guò)移相器控制微波相位同步，并經(jīng)過(guò)天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物上實(shí)施功率相干合成。

圖1所示為兩臺(tái)脈沖功率源微波功率合成系統(tǒng)工作原理框圖。

兩臺(tái)脈沖功率源由充電電源同時(shí)并分別通過(guò)兩臺(tái)變壓器后給脈沖形成網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱：PFN）充電，兩臺(tái)激光器分別觸發(fā)兩臺(tái)LTD源的主開(kāi)關(guān)輸出脈沖高壓驅(qū)動(dòng)兩套R(shí)KA的二極管，在恒流源引導(dǎo)磁場(chǎng)的作用下二極管產(chǎn)生的電子束穿過(guò)器件。兩套R(shí)KA采用一臺(tái)速調(diào)管種子源經(jīng)過(guò)功分器后注入兩臺(tái)RKA的輸入腔，其中一路接上一個(gè)大功率波導(dǎo)移相器，調(diào)節(jié)注入RKA的微波相位，使其與另一路微波同相位。