[發明專利]多磁控管串聯微波功率合成器

有效

• 申請號: 201210006101.0
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102569971A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉長軍;黃卡瑪;趙翔;閆麗萍;陳星;郭慶功
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及微波功率合成技術，屬于微波器件領域，更為具體地說，是涉及一種微波功率合成器。

背景技術

微波已廣泛地應用于雷達、通信、微波輸能、微波加熱等技術領域。隨著經濟技術的發展，利用微波輸能、加熱的領域越來越多。而利用微波輸能、加熱需要使用大功率的微波源器件。目前使用的大功率微波源器件，主要是大功率的磁控管，其功率可達十幾千瓦，最大不超過幾十千瓦。磁控管由于頻率和相位會發生隨機變化，無法直接進行相干功率合成，因此目前在現有技術條件下，只能以單支大功率磁控管作為大功率的微波源器件進行微波輸能、加熱。而現有技術的大功率磁控管，其結構都含有價格昂貴的環形器、隔離器。因此，以單支大功率磁控管作為微波源器件不足的地方，一是作為微波源器件的單支大功率磁控管價格昂貴，設備成本高；其二，由于單支磁控管的功率是確定的，而磁控管的規格又有限，因此以單支大功率磁控管作為微波輸能、加熱的微波源器件，很難滿足生產實踐提出的大功率要求。特別是在工業微波加熱領域，很難滿足對大功率微波元器件的要求。

發明內容

針對現有技術的大功率微波源器件存在的不足，本發明的目的旨在提供一種新的大功率微波源器件-多磁控管串聯微波功率合成器，以滿足生產實踐對大功率微波源器件提出的需求。

本發明的思想是利用注入鎖定的基本原理，即一個振蕩源如果受到一個頻率接近信號的影響，它的輸出頻率會鎖定在這個注入信號的頻率上，而不再是自身的自由振蕩頻率。本發明正是利用磁控管的這一特性提出了本發明的技術方案，實現微波功率合成，得到一種新的大功率微波源器件。

本發明提出的多磁控管串聯微波功率合成器，其結構包括主要由波導體和設置在波導體上不少于2個的用于發射微波的磁控管構成，波導體在距短路終端距離為λ(n+1/4)的位置加工有與磁控管天線相匹配的不少于2個開孔，磁控管天線由開孔伸入到波導體內，用固定件將磁控管與波導體固定在一起。所述λ為波長。

在上述技術方案中，所述波導體優先采用工作頻率范圍覆蓋微波源頻率的、斷面為長方形的矩形波導體。

在上述技術方案中，波導體上加工的與磁控管天線相匹配的開孔最好是垂直于波導體方向，即垂直于波導體，磁控管用固定構件與波導體垂直地固定在一起。磁控管通常是以金屬片作為固定件與波導體固定在一起。所述磁控管最好設置在矩形波導體較寬一方的體面上，且最好設置在矩形波導體較寬一方體面的一條直線上。磁控管的天線一般為圓柱形天線，波導體上的開孔也相應地為圓柱孔。

在上述技術方案中，設置在波導體上的磁控管距波導短路終端的距離和兩磁控管之間的距離誤差不大于λ/10。

本發明提供的多磁控管串聯微波功率合成器，其設計是基于發明人對微波功率合成機理深入研究完成的。當兩個磁控管同時向波導體輸入微波功率時，微波在波導體中產生諧振，在波導體的終端微波的邊界條件相同，均為短路狀態，第一個磁控管的功率會有一部分注入第二個磁控管。由于磁控管注入鎖定的機理，兩個磁控管的頻率會達到一致。又由于兩個磁控管間隔為1個波導波長(λ)，兩個磁控管的相位也會達到一致。因此，兩個微波磁控管源產生的微波等相位面重合，從而在輸出端實現微波的功率合成，得到一個兩倍于磁控管功率一個新的大功率微波源器件。

本發明通過在波導體上設置多個小功率的磁控管，利用注入鎖定原理，將多支磁控管的微波頻率鎖定在一起，實現微波功率的合成，得到一個新的大功率微波源器件，新的微波源器件的功率大小取決于串聯的磁控管數量，串聯磁控管的數量越多功率越大，因此本發明的多磁控管串聯微波功率合成器，能夠完全滿足生產實踐對微波源器件提出的功率要求，功率可大可小。

本發明提供的多磁控管串聯微波功率合成器，與現有技術的微波源器件磁控管相比，概括起來具有以下優點和突出的技術效果：

1.本發明利用了注入鎖定的理論，可以對多支微波磁控管的微波進行鎖定，提高了磁控管的工作效率，減小了頻率的離散。

2.本發明的微波功率合成器微波功率容量大，利用多支磁控管實現功率合成，能夠得到所需的大功率微波輸出。

3.串聯型微波磁控管功率合成器，基于波導的結構，形式簡單，體積小，易于加工和改造。

4.成本低，無需微波大功率環形器和隔離器等昂貴器件。價格比單支大功率微波磁控管低得多。

附圖說明

圖1是兩個磁控管的微波功率合成器的結構示意圖。

圖2基于波導的多磁控管串聯微波功率合成原理示意圖；

圖3是多個磁控管的微波功率合成器的結構示意圖。