[發(fā)明專利]基于光導(dǎo)器件的可調(diào)諧超高重頻微波產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112072450A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朗寧;楚旭;荀濤;楊漢武;劉金亮;賀軍濤;張軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 北京盛詢知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

本發(fā)明公開基于光導(dǎo)器件的可調(diào)諧超高重頻微波產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法，所述裝置包括：激光調(diào)制模塊、微波提取模塊；激光調(diào)制模塊包括寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、超高重頻激光驅(qū)動(dòng)源；微波提取模塊包括高壓充電電源、微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)和超高重頻微波輻射輸出組件；寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件分別與超高重頻激光驅(qū)動(dòng)源、高壓充電電源、微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)連接，超高重頻微波輻射輸出組件與微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)頻率可調(diào)的MHz超高重頻電磁脈沖輸出，輸出的微波信號既可以是寬譜信號，也可以是窄譜信號，同時(shí)，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧超高重頻電磁脈沖的高效提取，為超高重復(fù)頻率大功率微波集成系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于光導(dǎo)器件的可調(diào)諧超高重頻微波產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)

參數(shù)靈活可調(diào)的電磁脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)，在軍事和民用領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來，高功率、高重復(fù)頻率和更寬參數(shù)調(diào)諧是高功率電磁脈沖發(fā)展的重要方向。其中，主頻可調(diào)的超高重復(fù)頻率的大功率射頻微波產(chǎn)生系統(tǒng)，在干擾、壓制甚至損傷雷達(dá)系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)鏈路等方面有潛在的應(yīng)用。目前，基于固態(tài)快速開關(guān)產(chǎn)生時(shí)域沖激窄脈沖，是實(shí)現(xiàn)超高重復(fù)頻率電磁脈沖的一種主要形式。要求開關(guān)具有幾十ps到幾百ps的導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間。近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)的發(fā)展，利用固態(tài)光導(dǎo)器件產(chǎn)生超高重頻(重復(fù)頻率大于100kHz)電磁脈沖獲得了更為廣泛的關(guān)注。

光導(dǎo)半導(dǎo)體器件是脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵部件之一，用于產(chǎn)生高功率超短ps脈沖。光導(dǎo)器件不僅具有固體器件結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)外，還有其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如極快的導(dǎo)通時(shí)間、極小的時(shí)間抖動(dòng)、極好的同步精度、低導(dǎo)通電感、光電隔離等，尤其是在重復(fù)頻率方面，光導(dǎo)器件具有很大的發(fā)展前景。這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得光導(dǎo)半導(dǎo)體器件在固態(tài)緊湊型脈沖功率源、高功率超寬帶微波輻射源、介質(zhì)壁加速器、大型脈沖功率裝置的觸發(fā)系統(tǒng)、太赫茲輻射等脈沖功率研究領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是光電技術(shù)、微波技術(shù)和激光技術(shù)的崛起，人們對光導(dǎo)半導(dǎo)體器件的響應(yīng)速度、體積重量、工作精度、功率容量、導(dǎo)通電阻等性能指標(biāo)提出了更高的要求。

目前，大功率甚至高功率微波的產(chǎn)生方式正在由傳統(tǒng)的電真空器件向固態(tài)器件轉(zhuǎn)變，采用寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體產(chǎn)生參數(shù)可調(diào)的超高重頻射頻微波是一種全新嘗試，具有重要應(yīng)用前景。在超寬帶源和緊湊型脈沖功率系統(tǒng)應(yīng)用中對比發(fā)現(xiàn)，用SiC材料制作的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件具有很好的實(shí)用性，因?yàn)樗哂袑捊麕А⒏吲R界擊穿電場、高載流子遷移率、高電子飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率等諸多優(yōu)良特性。但目前研究多集中于利用光導(dǎo)器件的快速導(dǎo)通特性直接產(chǎn)生寬譜或超寬譜電磁脈沖(開關(guān)振蕩器)，輸出頻譜參數(shù)通常固定或難以調(diào)節(jié)，且無法實(shí)現(xiàn)MHz超高重頻電磁脈沖輸出，無法產(chǎn)生寬譜微波信號，系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)化效率較低。由于在高電壓大電流條件下，寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件的超高重頻工作壽命受到限制；另外，對于導(dǎo)通電阻較大的寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件而言，考慮其與后端輸出天線的阻抗匹配，如何合理設(shè)計(jì)射頻傳輸提取結(jié)構(gòu)也是產(chǎn)生超高重頻微波的關(guān)鍵問題，目前并沒有一種基于寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件產(chǎn)生可調(diào)諧超高重頻微波的技術(shù)。

因此，亟需一種能夠提供可調(diào)諧超高重頻微波的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供基于光導(dǎo)器件的可調(diào)諧超高重頻微波產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，能夠?qū)崿F(xiàn)頻率可調(diào)的MHz超高重頻電磁脈沖輸出，輸出的微波信號既可以是寬譜信號，也可以是窄譜信號，同時(shí)，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧超高重頻電磁脈沖的高效提取，為超高重復(fù)頻率大功率微波集成系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供基于光導(dǎo)器件的可調(diào)諧超高重頻微波產(chǎn)生裝置，包括：激光調(diào)制模塊、微波提取模塊；所述激光調(diào)制模塊包括寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、超高重頻激光驅(qū)動(dòng)源；所述微波提取模塊包括高壓充電電源、微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)和超高重頻微波輻射輸出組件；所述寬禁帶光導(dǎo)半導(dǎo)體器件分別與所述超高重頻激光驅(qū)動(dòng)源、高壓充電電源、微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)連接，所述超高重頻微波輻射輸出組件與所述微波射頻傳輸結(jié)構(gòu)連接。