專利名稱：一種微波功率合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波發(fā)射功率合成方法。
背景技術(shù)：
我國開展微波技術(shù)研究已經(jīng)有幾十年了，但一直以來都停留在“單臺微波源+天線系統(tǒng)”的技術(shù)層面。單臺微波源要輸出更高功率微波受到了從高電壓技術(shù)、絕緣技術(shù)、系統(tǒng)散熱、器件技術(shù)、天饋結(jié)構(gòu)到運輸?shù)戎T多方面的限制，技術(shù)風(fēng)險大且應(yīng)用可行性差，因此，傳統(tǒng)的“單臺微波源+天線系統(tǒng)”技術(shù)路線將很難滿足高功率微波的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)的“單臺微波源+天線系統(tǒng)”技術(shù)路線存在的技術(shù)風(fēng)險大、應(yīng)用可行性差、很難滿足更高功率應(yīng)用需求的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種新型高功率微波發(fā)射合成方法，該技術(shù)線既能降低技術(shù)風(fēng)險、解決應(yīng)用可行性問題，還能通過多系統(tǒng)的模塊化擴展實現(xiàn)更高功率微波輸出水平。本發(fā)明的微波功率合成方法，由包括脈沖功率源、相對論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線系統(tǒng)來實現(xiàn)，所述的微波功率合成方法包括如下內(nèi)容多臺脈沖功率源輸出的電子束，經(jīng)多路觸發(fā)系統(tǒng)同步控制電子束出束時間間隔，再經(jīng)過相對論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，該微波通過種子源使多束微波鎖相，并通過移相器控制微波相位同步，然后經(jīng)過輻射天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物體上實現(xiàn)功率合成。所述的脈沖功率源為直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源。所述的電子束是這樣產(chǎn)生的直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源由充電電源同時并分別通過多臺變壓器后給脈沖形成網(wǎng)絡(luò)充電，多臺激光器分別觸發(fā)多臺直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源的主開關(guān)輸出高壓脈沖驅(qū)動多臺相對論速調(diào)管放大器的二極管，在引導(dǎo)磁場的作用下二極管產(chǎn)生的電子束穿過器件。所述的變壓器配置獨立的充電電源，充電電源在控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下能同時對多臺變壓器充電。所述的微波相位同步是這樣實現(xiàn)的種子源經(jīng)過功分器后注入多臺相對論速調(diào)管放大器的輸入腔，除第一臺相對論速調(diào)管放大器外，在其它輸入腔上分別接上一個波導(dǎo)移相器，調(diào)節(jié)注入相對論速調(diào)管放大器的微波相位，使其與第一路微波同相位。所述的功率合成既可以工作在脈沖功率源單次運行狀態(tài)，也可以工作在脈沖功率源重復(fù)頻率運行狀態(tài)。所述的引導(dǎo)磁場為恒流源引導(dǎo)磁場。應(yīng)用本發(fā)明的微波功率合成方法，可以通過低功率微波發(fā)射系統(tǒng)的簡單排列或陣列，達到獲取高功率微波；而低功率微波發(fā)射系統(tǒng)作為一種成熟技術(shù)，其實現(xiàn)難度低，技術(shù)風(fēng)險小，工程代價也較低。另外，作為成熟的低功率微波發(fā)生系統(tǒng)，其體積較小，適合于機動性和靈活性要求。


圖1為兩路脈沖功率源功率合成系統(tǒng)原理框圖。圖2為兩臺脈沖功率源輻射合成電場分布圖計算結(jié)果。圖3為兩臺脈沖功率源同步輸出電壓波形。圖4為氖燈亮度顯示的空間合成功率密度效果。圖5為兩臺脈沖功率源同時運行時天線內(nèi)和輻射合成波形。圖6為兩臺脈沖功率源同時重頻5Hz運行時單臺源輸出波形和合成波形。
具體實施例方式微波功率合成是指兩臺或兩臺以上獨立的微波源進行單次或重復(fù)頻率的同步運行，產(chǎn)生的微波經(jīng)各自天線向目標(biāo)輻射，通過鎖頻鎖相技術(shù)控制微波相位同步，實現(xiàn)微波電場在目標(biāo)物上的高效率同相疊加。功率合成系統(tǒng)重要組成部分包括脈沖功率源、相對論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線等，微波功率合成的實現(xiàn)方法是總控系統(tǒng)控制兩臺脈沖功率源按要求輸出率電子束，兩路觸發(fā)系統(tǒng)精確同步控制電子束出束時間間隔，經(jīng)過相對論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，微波種子源使雙束微波鎖頻鎖相，并通過移相器控制微波相位同步，并經(jīng)過天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物上實施功率相干合成。圖1所示為兩臺脈沖功率源微波功率合成系統(tǒng)工作原理框圖。兩臺脈沖功率源由充電電源同時并分別通過兩臺變壓器后給脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(簡稱PFN)充電，兩臺激光器分別觸發(fā)兩臺LTD源的主開關(guān)輸出脈沖高壓驅(qū)動兩套RKA的二極管，在恒流源引導(dǎo)磁場的作用下二極管產(chǎn)生的電子束穿過器件。兩套RKA采用一臺速調(diào)管種子源經(jīng)過功分器后注入兩臺RKA的輸入腔，其中一路接上一個大功率波導(dǎo)移相器，調(diào)節(jié)注入RKA的微波相位，使其與另一路微波同相位。每一路RKA輸出微波經(jīng)過TEM—TMO1—TE11模式轉(zhuǎn)換器后，通過天線向目標(biāo)輻射， 而且在輸出微波的圓波導(dǎo)外導(dǎo)體壁上安裝了一個雙定向耦合器監(jiān)測天線內(nèi)的微波。合成效果的仿真計算結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，兩個輻射喇叭并排輻射時，空間合成場形成了 3個明顯的增強區(qū)和兩個場強減弱區(qū)，其中兩個喇叭的中軸線合成場強最大(兩路輻射喇叭微波相位相同)。圖3為兩臺脈沖功率源同步輸出二極管電壓波形。從圖可以看出，25個波形重疊的很好，幾乎是一個波形。將微波種子源功分并移相后分別驅(qū)動兩臺RKA，在脈寬IOOns時間內(nèi)兩套RKA輸出微波的相差波動小于士 10度、脈寬200ns時間內(nèi)的相差波動小于士20度，頻率完全一致。 由于兩臺脈沖功率源輸出電壓和微波參數(shù)比較一致，所以兩臺脈沖功率源輸出微波的相位差波動比單個脈沖功率源輸入與輸出微波之間的相位波動小。通過調(diào)節(jié)RKAl線路中的波導(dǎo)移相器，使兩路RKA輸出的微波信號實現(xiàn)了頻率和相位的鎖定，兩路輸出微波達到喇叭軸線遠場點的相對相差接近為零。同時運行兩臺脈沖功率源時的相干合成空間功率合成功率密度強弱分布如圖5。由圖5所示的合成微波信號的實時波形和頻譜波形可以看出，合成微波信號波形幅度比較均勻、頻譜單一，再次旁證了兩路RKA輸出微波頻率一致、相位基本一致。從圖4可以看出，兩路脈沖功率源合成后得到了較好的干涉條紋效果。兩臺脈沖功率源同時重頻5Hz運行時單臺源輸出波形和合成波形如圖6所示。從圖可以看出，重頻5Hz運行時，合成波形比較穩(wěn)定，說明兩臺脈沖功率源輸出幅度和頻率穩(wěn)定。綜上所述，功率合成方法已得到實驗證明，運用該技術(shù)可以推廣到多臺微波功率合成的實驗研究和工程應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.一種微波功率合成方法，由包括脈沖功率源、相對論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特征在于，所述的微波功率合成方法包括如下內(nèi)容多臺脈沖功率源輸出的電子束，經(jīng)多路觸發(fā)系統(tǒng)同步控制電子束出束時間間隔，再經(jīng)過相對論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，該微波通過種子源使多束微波鎖相，并通過移相器控制微波相位同步，然后經(jīng)過輻射天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物體上實現(xiàn)功率合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的脈沖功率源為直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的電子束是這樣產(chǎn)生的直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源由充電電源同時并分別通過多臺變壓器后給脈沖形成網(wǎng)絡(luò)充電，多臺激光器分別觸發(fā)多臺直線變壓器驅(qū)動型脈沖功率源的主開關(guān)輸出高壓脈沖驅(qū)動多臺相對論速調(diào)管放大器的二極管，在引導(dǎo)磁場的作用下二極管產(chǎn)生的電子束穿過器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的變壓器配置獨立的充電電源，充電電源在控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下能同時對多臺變壓器充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的微波相位同步是這樣實現(xiàn)的種子源經(jīng)過功分器后注入多臺相對論速調(diào)管放大器的輸入腔，除第一臺相對論速調(diào)管放大器外，在其它輸入腔上分別接上一個波導(dǎo)移相器，調(diào)節(jié)注入相對論速調(diào)管放大器的微波相位，使其與第一路微波同相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的功率合成既可以工作在脈沖功率源單次運行狀態(tài)，也可以工作在脈沖功率源重復(fù)頻率運行狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波功率合成方法，其特征在于所述的引導(dǎo)磁場為恒流源引導(dǎo)磁場。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微波功率合成方法，由包括脈沖功率源、相對論速調(diào)管放大器、同步控制系統(tǒng)和輻射天線系統(tǒng)來實現(xiàn)，多臺脈沖功率源輸出的電子束，經(jīng)多路觸發(fā)系統(tǒng)同步控制電子束出束時間間隔，再經(jīng)過相對論速調(diào)管放大器產(chǎn)生一定寬度和功率的微波，該微波通過種子源使多束微波鎖相，并通過移相器控制微波相位同步，然后經(jīng)過輻射天線后向目標(biāo)輻射，在目標(biāo)物體上實現(xiàn)功率合成。采用本發(fā)明的高功率微波空間功率合成方法，可以通過低功率微波發(fā)射系統(tǒng)的簡單排列或陣列進行功率合成，達到獲取高功率微波的效果。
文檔編號H03H11/16GK102510271SQ201110365738
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者何琥, 劉倉理, 向飛, 常安碧, 康強, 李名加, 王淦平, 羅光耀, 羅敏, 譚杰, 金曉, 金暉, 黃華, 龔勝剛 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所