[發明專利]一種基于包絡波形特征的大功率傳輸波導打火保護裝置

有效

• 申請號: 201710266502.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107086341B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 楊成梁;吳尚昀;趙海;趙柳;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01P1/30
• 分類號: H01P1/30
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本發明公開了一種基于包絡波形特征的大功率傳輸波導打火保護裝置，包括微波檢波器、低通濾波器、波形處理判斷模塊，前端連接傳輸波導中的耦合器，后端連接至功率激勵和供電系統；通過相應頻段的大功率耦合器進行正、反向微波信號提取，經過微波檢波器檢波得到包絡波形；在保證檢波基本波形前提下，通過低通濾波器濾除檢波波形上面毛刺、其他雜波或檢波過程中的諧波信號；經過濾波后的包絡波形，進行波形處理和判斷，通過監測包絡波形中的垮塌或凹陷特征，來實現大功率傳輸波導打火保護的目的；在給定正常的脈寬、重復頻率和電平范圍后，不斷進行波形采樣，并通過電平比較分析，當發生空氣擊穿打火而導致脈沖內幅度異常時，及時送出保護光信號。

技術領域

本發明涉及大功率微波技術，特別是一種基于包絡波形特征的大功率傳輸波導打火保護裝置。

背景技術

大功率微波被廣泛應用于電子通信、等離子體加熱、受控熱核聚變、工業材料處理等領域，具有十分重要的應用前景。在上述各種微波系統中，均會涉及到大功率微波信號在傳輸波導中的傳輸問題。由于傳輸波導中能量密度較大，環境的溫度、濕度，波導耐受場強，負載狀態變化等因素都可能會造成空氣擊穿打火，嚴重時可能會造成傳輸波導或者微波源設備損壞，帶來十分嚴重的后果。因此進行大功率傳輸波導中的打火保護，及時切斷功率激勵和電源系統，對于提高大功率系統的可靠性具有重要意義。

目前的傳輸波導打火保護手段中，最常用的是基于駐波保護方式，通過雙向耦合器提取傳輸波導中的正向、反向信號，并檢測正、反向耦合信號功率的比值V_正向/V_反射，當低于一定閾值時，即認為駐波系數過大。但是對于不同的大功率傳輸系統、工作頻率、耦合器頻響曲線，需要進行繁瑣的頻響校正和測試工作。另外也有基于頻域特征的諧波檢測保護手段，由于空氣擊穿打火形成的空間等離子體會調制正、反向傳輸波，引起新頻譜成分。但是這種檢測手段裝置復雜，需要邊緣陡峭的濾波器和大動態范圍的低頻檢波器，如高動態檢波二極管等。

發明內容

本發明提供了一種基于包絡波形特征的大功率傳輸波導打火保護裝置，該裝置簡單通用化，能夠實現在空氣擊穿打火初期數微秒時間內完成保護響應，解決了傳統駐波保護、諧波檢測方式的不足，能提高大功率微波傳輸系統的可靠性。

本發明的技術方案如下：

一種基于包絡波形特征的大功率傳輸波導打火保護裝置，其特征在于：所述大功率傳輸波導打火保護裝置的信號輸入端連接傳輸波導中的耦合器，大功率傳輸波導打火保護裝置的信號輸出端連接至功率激勵和供電系統；當發生傳輸波導空氣擊穿打火時，所述大功率傳輸波導打火保護裝置送出保護光信號給功率激勵和供電系統，完成保護響應動作；

包括微波檢波器、低通濾波器、波形處理判斷模塊，微波檢波器的信號輸入端通過微波傳輸線纜連接前端耦合器的信號輸出端，低通濾波器的輸入端連接微波檢波器的信號輸出端，波形處理判斷模塊的信號輸入端連接低通濾波器的信號輸出端，波形處理判斷模塊的信號輸出端連接至功率激勵和供電系統。

所述耦合器為大功率雙向耦合器，用于提取傳輸波導中的正向、反向信號，耦合器的寬帶特性與工作頻段一致。

所述微波檢波器對通過微波傳輸線纜傳輸的正向、反向信號進行檢波，通過包絡檢波得到檢波波形；所述微波檢波器的工作頻率與工作頻段一致，且具有較大的視頻帶寬，能適用于短脈沖到CW工作模式的傳輸系統。

在保證檢波基本波形前提下，所述低通濾波器用于濾出檢波波形上面毛刺、雜波或者檢波過程中的諧波信號，避免對后續波形采集和處理判斷造成影響；根據檢波波形特性優化設計，所述低通濾波器選取合適的截止頻率。