[發明專利]一種提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法

有效

• 申請號: 202011115779.3
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112332831B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 施嘉儒;林顯彩;查皓;陳懷璧
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明屬于高功率微波技術領域，尤其涉及一種提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法。本發明的提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法，其中的第一種方案是對原有的低功率信號和脈沖調制器信號的時序關系進行改進，使速調管的輸出脈沖包含了上升沿部分，提高了速調管的工作效率和脈沖壓縮器的效率。本發明的第二種方案設計了一級脈沖壓縮系統的最優填充函數：本發明的第三種方案設計了兩級壓縮系統的最優填充函數：P₀(B(t?t₀))²。速調管向脈沖壓縮器輸入最優填充波形能使脈沖壓縮器效率最大化。本發明的無源脈沖壓縮器的高效率填充方案，脈沖壓縮器效率比原來的提高20％～30％，脈沖壓縮系統的整體效率比原來的提高約10％，提高的比例大于60％。

技術領域

本發明屬于高功率微波技術領域，尤其涉及一種提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法。

背景技術

脈沖壓縮器是高功率微波領域十分重要的器件。脈沖壓縮器可以將輸入微波脈沖的脈寬變短，而功率提高。目前脈沖壓縮器主要在加速器領域中廣泛使用，以彌補速調管輸出峰值功率的不足，來提升加速器的束流能量。近些年，由于脈沖壓縮器的技術已經十分成熟，脈沖壓縮器在高功率微波領域的應用也越來越多。

微波脈沖壓縮器將輸入微波脈沖能量儲存在諧振腔中，在某一時刻快速釋放，這種釋放的手段有1)輸入微波反相，如最常用的SLED(SLAC Energy Doubler)型脈沖壓縮器，為無源器件，2)改變儲能腔參數，通常利用等離子體或電子束開關等有源器件改變諧振腔特性使得諧振腔儲能快速輸出。由于第一種方法只需在輸入微波信號上進行幅度相位的調制，不需要復雜的高壓開關，因此得到了廣泛應用。

傳統脈沖壓縮系統的組成和脈沖波形如圖1所示。從實現功能的角度來看，速調管相當于一個放大器，由脈沖調制器提供能量，對低功率信號進行放大，從而輸出高功率微波。速調管的輸出脈沖波形由調制器波形和信號源波形共同決定。整個脈沖壓縮系統的效率由三部分組成：1)脈沖調制器的效率，即脈沖調制器的直流脈沖輸出能量除以市電輸入能量；2)速調管的工作效率，即速調管的微波脈沖輸出能量除以脈沖調制器的直流脈沖輸出能量；3)脈沖壓縮器的效率，即壓縮后的微波脈沖能量除以速調管輸出的脈沖能量。總體效率為三者相乘。常見的微波源脈沖壓縮系統的效率僅為10％左右。

發明內容

本發明的目的是提出一種提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法，通過設計一種脈沖壓縮器輸入方案，提高單級和兩級SLED型脈沖壓縮器系統的效率。

本發明提出的提高微波脈沖壓縮器系統效率的方法，有三種不同的方法，其中：

第一種方法是改變低功率微波信號源系統與高功率直流脈沖調制器的輸出波形的時序關系，包括以下步驟：

(1)構建一個提高微波脈沖壓縮器系統效率的系統，該系統包括低功率微波信號源系統、高功率直流脈沖調制器、速調管和脈沖壓縮器，所述的高功率直流脈沖調制器通過高壓線與速調管連接，所述的低功率微波信號源系統通過微波波導與所述的速調管相連，所述的速調管通過微波波導與脈沖壓縮器連接；

(2)高功率直流脈沖調制器向速調管輸出脈沖信號，設輸出脈沖信號開始時刻為t₀，輸出脈沖信號的平頂期開始時刻為t₁，輸出脈沖信號的平頂期結束時刻為t₂，輸出脈沖信號的結束時刻t₃；

利用下式，計算高功率直流脈沖調制器的效率η_m：