[發明專利]頻率可調諧的窄帶和超寬帶相結合的高功率微波源

有效

• 申請號: 202010947042.1
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112054374B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 賀軍濤;侯靜;宋莉莉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉

本發明公開了一種頻率可調諧的窄帶和超寬帶相結合的高功率微波源，目的是提供一種可調諧的窄帶和超寬帶相結合的高功率微波源。本發明由脈沖驅動源、光導半導體開關、輸出負載、脈沖激光源組、激光源組控制器組成；激光源組控制器由分壓器、電壓轉換芯片、主控芯片、4個串口組成；分壓器將從脈沖驅動源接收的高壓信號轉化成低壓信號；電壓轉換芯片將低壓信號進行模數轉換；主控芯片根據數字低壓信號的大小控制串口的導通，進而控制脈沖激光源組中的3個激光二極管和調頻光纖脈沖激光器工作，使得光導半導體開關工作在非線性模式或線性模式，產生超寬帶微波或窄帶微波。本發明頻率可調諧，既可輸出超寬帶微波，又可輸出窄帶微波。

技術領域

本發明涉及高功率微波技術領域的微波源器件，尤其指一種實現頻率可調諧的窄帶和超寬帶相結合的基于光電導開關的高功率微波源。

背景技術

高功率微波通常指峰值功率大于100MW、頻率在1~300GHz之間的電磁波，目前已經被廣泛應用于電子高能射頻加速器、遙感及輻射測量等眾多國防和工業領域。

高功率微波源是產生高功率微波輻射的核心部件，按帶寬分為窄帶微波源和超寬帶微波源。窄帶微波源定向性更強，同等功率、波段水平下作用距離比超寬帶微波源更遠，但頻點單一或調頻范圍有限，因此作用范圍沒有超寬帶微波源廣；超寬帶微波源作用距離相對有限，但頻譜寬度寬、作用范圍廣。開展頻率可調諧的寬帶和窄帶相結合的高功率微波源的研究，在高功率微波效應機理研究、強電磁兼容和防護技術研究等領域都有重要的學術價值和實用意義，但目前國內外并未有一種兼顧窄帶和超寬帶工作狀態和優點的高功率微波源，若能提供一種頻率可調諧的寬帶和窄帶相結合的高功率微波源，則既能對較遠距離的目標開展效應機理、防護研究，又能對近距離多個復雜目標開展效應、電磁兼容和防護研究。

已有的基于光電導開關的超寬帶高功率微波源[胡龍，基于砷化鎵雪崩光導開關的高重復頻率超譜脈沖源技術研究，2016]的原理如圖1所示：基于光電導開關的寬帶高功率微波源由脈沖驅動源1、光導半導體開關2、調制激光源6、輸出負載4組成。脈沖驅動源1可以為電容存儲型脈沖產生器、電感存儲型脈沖產生器、脈沖形成線型脈沖產生器、Blumlein結構脈沖產生器等，脈沖驅動源1充電完成后，將觸發信號輸入給調制激光源6；調制激光源6發射激光至光導半導體開關2；光導半導體開關2是一種光電導開關，光導半導體開關2吸收從調制激光源6入射的光子，將價帶或深能級中的電子激發到光導半導體開關2的導帶，產生自由電子或電子-空穴對，形成自由載流子，光導半導體開關2的電阻率迅速下降，光導半導體開關2處于導通狀態。脈沖驅動源1的電壓加載在導通的光導半導體開關2上，產生超寬帶脈沖，由輸出負載4輸出，從而得到超寬帶的微波輸出。在該技術方案中，當脈沖驅動源1充電電壓為5.0 kV時，輸出的超寬帶脈沖峰值電壓為9.6 kV，脈沖寬度5.6 ns，圖1所示的基于光電導開關的超寬帶高功率微波源可工作在20 kHz。

基于光導半導體開關2產生微波不限于上述工作機理，光導半導體開關2有兩種工作模式：非線性模式和線性模式，這兩種模式都可以用來產生微波。（1）在非線性模式下，光導半導體開關2被調制激光源6觸發后，便一直保持導通狀態，相當于一個開關。將脈沖驅動源1產生的電壓加載在導通的光導半導體開關2上，當電壓高于一定值，光導半導體開關2內電流開始以很高的頻率震蕩，從而傳輸到輸出負載4產生超寬帶微波；（2）在線性模式下，光導半導體開關2的導通電阻與激光光照強度成反比，相當于一個光控電阻，此時在脈沖驅動源1和調制激光源6的共同加載下，輸出負載4可輸出窄帶微波，且輸出微波的頻率與激光的調制頻率相同。光導半導體開關2在線性模式導通要求的激光觸發功率一般很大，往往在10kW量級以上，而在非線性模式導通所需的激光觸發功率小得多，相比線性模式可降低3-5個數量級，此時系統只能輸出超寬帶微波。圖1所示基于光電導開關的寬帶高功率微波源，由于采用的調制激光源6發射激光功率較低，不能輸出窄帶微波。

由上可知，基于光導半導體開關的微波源可以輸出窄帶微波或超寬帶微波，但受調制激光源的限制，同時能實現窄帶和超寬帶高功率微波輸出的技術方案尚未有公開報道。實現頻率可調諧的超寬帶和窄帶相結合的高功率微波源具有重要學術價值和實用意義。