CN102176528A - 能够调节输出功率比例的大功率波导功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，包括功率输入波导以及功率输出波导，功率输入波导的对面设有功率分配装置，功率分配装置的两侧形状与功率输入波导和功率输出波导相交处的形状相对应，大功率波导功分器的底板外侧设有能够使功率分配装置伸入功率输入波导的一端与功率输入波导下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置。通过水平移动驱动装置带动功率分配装置在功率输入波导内移动，这样可以改变功率输入波导内矩形波导窄边的长度，达到了大功率高频输入功率的功分以及输出功率的输出比例可连续、线性调节的效果。

Description

能够调节输出功率比例的大功率波导功分器
技术领域
本发明涉及大功率高频功分器的输出功率调节技术领域，更具体地说，是涉及一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器。
背景技术
高频功分器是将一个功率源的输入功率根据需要分成两路或多路的器件，广泛应用在卫星、广播电视以及带电粒子加速器等领域，在连续变量输出辐照加速器中，为了调节加速器高速加速段的加速梯度，需要使用连续可调的大功率高频功分器。现有技术中通过在波导中加入轴向分割带，设计了多口功分器使矩形波导的输入功率分为多路，但这种功分器的输出功率比例是固定不可调节的。为了使功分器的输出功率比例可调，通过利用调节谐振电路电容来控制谐振电路状态的方法，设计了固态二路可变高频功分器，这种功分器虽然可以连续调节两个端口的功率比例，但由于电路限制，一方面不适合于在1kW高频功率以上的大功率条件下工作，另一方面电路复杂不适合用于带电粒子加速器。
发明内容
针对现有技术中存在可变高频功分器电路复杂不适合用于带电粒子加速器，也不适合大功率条件下工作的问题，本发明的目的是提供一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，能够方便的调节输出功率的比例。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，所述大功率波导功分器采用T形结构的矩形波导，所述T形矩形波导包括功率输入波导以及功率输出波导，所述功率输出波导水平相通，所述功率输入波导与功率输出波导垂直相通；所述功率输入波导的对面设有功率分配装置，所述功率分配装置的一端伸入功率输入波导的下端，功率分配装置的另一端与矩形波导的底板内侧相抵，所述底板上开有槽口，所述功率分配装置的两侧形状与功率输入波导和功率输出波导相交处的形状相对应；所述底板外侧设有能够使功率分配装置与功率输入波导下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置，所述水平移动驱动装置穿过底板的槽口并与功率分配装置固定连接。
所述功率分配装置包括挡板和/或功分部件，所述功分部件包括功分板以及连接板，所述功分板以及连接板呈等腰三角形的结构，连接板与矩形波导的底板内侧相抵；所述挡板的一端伸入功率输入波导内，另一端与功分板的相交处相连。
所述挡板与连接板垂直。
所述功分板以及连接板呈等腰直角三角形。
所述连接板至功分板相交处的垂直距离与矩形波导窄边的长度相等。
所述大功率波导功分器包括突缘和/或倒角，所述功率输入波导下端两侧内壁向外延伸形成台阶状突缘，突缘的高度与功率分配装置伸入功率输入波导的一端的位置相对应；所述倒角的斜面分别与功率输入波导下端以及功率输出波导相连接。
所述突缘向外延伸的距离与功率分配装置伸入功率输入波导的一端的厚度相等。
所述倒角的角度为45°。
所述倒角的倒角距离为矩形波导窄边长度的1/2。
所述水平移动驱动装置包括支架、滑竿、螺杆以及电机，所述支架设于矩形波导的底板下方并与其连接固定，所述滑竿水平设于支架内，滑竿通过螺杆与电机相连；所述滑竿通过驱动螺丝与功率分配装置连接固定。
所述大功率波导功分器还包括限位器，所述限位器设于水平移动驱动装置上，限位器与功率输入波导下端两侧内壁的位置相对应。
所述大功率波导功分器还包括方向耦合器以及低电平控制单元，所述方向耦合器的一端分别与功率输入波导的入口端以及功率输出波导的出口端相连接，另一端均与低电平控制单元相连接；所述低电平控制单元还分别与限位器以及水平移动驱动装置相连接。
与现有技术相比，采用本发明的一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，所述大功率波导功分器采用T形结构的矩形波导，所述T形矩形波导包括功率输入波导以及功率输出波导，所述功率输出波导水平相通，所述功率输入波导与功率输出波导垂直相通；所述功率输入波导的对面设有功率分配装置，所述功率分配装置的一端伸入功率输入波导的下端，功率分配装置的另一端与矩形波导的底板内侧相抵，所述底板上开有槽口，所述功率分配装置的两侧形状与功率输入波导和功率输出波导相交处的形状相对应；所述底板外侧设有能够使功率分配装置伸入功率输入波导的一端与功率输入波导下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置，所述水平移动驱动装置穿过底板的槽口并与功率分配装置固定连接。由于大部分矩形波导的工作主模是TE01模，其工作波长由矩形波导的宽边决定，功率容量由矩形波导的窄边决定，因此通过将功率分配装置设于矩形波导的底板即矩形波导的宽边上，这样就不会改变宽边的长度，即不改变波导的工作频率。通过水平移动驱动装置带动功率分配装置在功率输入波导内移动，可以改变功率输入波导内矩形波导窄边的长度，达到了大功率高频输入功率的功分以及输出功率的输出比例可连续、线性调节的效果。作为进一步的改进，通过低电平控制单元不仅能够实现远程自动化控制，精确调节输出功率比例的目的，而且操作程序简单，安全方便。
附图说明
图1是本发明的一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器的结构示意图；
图2是图1中大功率波导功分器的反射功率、输出功率/输入功率的百分比与功率分配装置水平移动距离之间的关系示意图；
图3是本发明的自动化反馈控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
请参阅图1所示的一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，大功率波导功分器采用T形结构的矩形波导，T形矩形波导包括功率输入波导11以及功率输出波导12，左、右两侧的功率输出波导12水平相通，功率输入波导11与功率输出波导12垂直相通，功率输入波导11的对面即功率输入波导11的下方设有功率分配装置13，功率分配装置13的一端伸入功率输入波导11的下端，功率分配装置13的另一端与矩形波导的底板14内侧相抵，底板14上开有槽口15，功率分配装置13的两侧形状与功率输入波导11和功率输出波导12左、右两侧相交处的形状相对应，底板14外侧设有能够使功率分配装置13伸入功率输入波导11的一端与功率输入波导11下端左、右两侧内壁相抵的水平移动驱动装置16，水平移动驱动装置16穿过底板14的槽口15并与功率分配装置13固定连接。功率分配装置13包括挡板131和/或功分部件132，功分部件132包括左、右两块功分板1321以及水平放置的连接板1322，功分板1321以及连接板1322呈等腰直角三角形的结构，连接板1322与矩形波导的底板14内侧相抵。挡板131的一端伸入功率输入波导11内，另一端与功分板1321的相交处相连，挡板131与连接板1322垂直。功率输入波导11下端左、右两侧内壁向外延伸形成对称的台阶状突缘17，突缘17的高度与挡板131上端的位置相对应，为了保证一个功率输出端口的输出功率为零时，另一个功率输出端口的高频输出功率基本与高频输入功率相等(即损耗降低到最小)，突缘17向外延伸的距离与挡板131的厚度相等，使挡板131的侧面与输入波导的宽边所形成的平面重叠，这样就可达到最小反射。倒角18的斜面分别与功率输入波导11下端以及功率输出波导12相连接，倒角18的斜面与功分板1321相互平行构成倾斜的波导，这样可以大幅减小大功率高频输入功率的发射功率。较佳地，选择倒角18的角度为45°，倒角距离为矩形波导窄边30长度的1/2，同时连接板1322至两块功分板1321相交处的垂直距离与功率输出端口的矩形波导窄边30的长度相等，功分板1321与连接板1322构成的夹角为45°时，由于功率分配装置13的移动范围是在左、右两侧的突缘17之间，因此无论功率分配装置13在哪个位置，其反射功率都小于0.4％接近于0，并且两个功率输出端口的输出功率之和基本等于功率输入端口的输入功率，功率分配装置13的移动位置与两个端口的输出功率之间近似为连续变化的线性关系，具体情况请参见图2所示，其中水平轴z的0值位置就是功率输入端口的矩形波导窄边30的中点位置；将功率输入端口的矩形波导窄边30长度设为b，那么水平轴z上的0.2表示为矩形波导窄边30长度b的20％，其他值以此类推。在此需要说明的是，不论倒角18是圆倒角还是直角倒角，倒角是否是45°，相应的两块功分板1321之间、功分板1321与连接板1322之间构成的夹角是何种角度与形状，只要是倒角18和功分板1321之间构成一个平行的波导，能够大幅降低反射功率，均落入本发明的保护范围。本发明的大功率波导功分器材质可选铝或铜。
再请参见图1所示，其中水平移动驱动装置16包括支架161、用于平稳移动的滑竿162、螺杆163以及步进电机164，支架161设于矩形波导的底板14下方并与其连接固定，滑竿162水平设于支架161内并与支架161两端固定连接，滑竿162通过螺杆163与步进电机164相连接滑竿162通过驱动螺丝165与功率分配装置13中的连接板1322连接固定。
为了防止功率分配装置13过度移动，达到保护本发明的大功率波导功分器的作用，在水平移动驱动装置16的支架161上驱动螺丝165的左、右两侧设置了两个限位传感器19，限位传感器19与功率输入波导11下端两侧内壁的位置相对应。
再请参见图3所示，其中包括三个方向耦合器20以及低电平控制单元21，方向耦合器20的一端分别与功率输入波导11的入口端以及功率输出波导12的出口端相连接，另一端均与低电平控制单元21相连接，低电平控制单元21不仅与两个限位传感器19连接，还通过步进电机驱动器22与水平移动驱动装置16中的步进电机164相连接。通过方向耦合器20将输入功率以及输出功率的信息传输给计算机中的低电平控制单元21，低电平控制单元21将当前功率分配状况和预先输入的设定值进行比较后再将调整值转换为步进电机164的行进步数，然后将带有行进步数的信号传输至步进电机驱动器22，带动功率分配装置13在水平方向左右移动，精确调节输出功率的比例，使输出功率符合预定要求，不仅可以实现分路功率输出比例的远程自动化控制，还可以实现了大功率高频输入的功分以及分路功率输出比例可连续调节。
大功率高频传输通常采用矩形波导或同轴波导，由于矩形波导结构简单造价低，通常采用矩形波导传输窄带高频功率，而对于超低频或宽带传输，通常采用同轴波导。因此本发明的大功率波导功分器只针对用于传输窄带的大功率功分器。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种能够调节输出功率比例的大功率波导功分器，其特征在于：所述大功率波导功分器采用T形结构的矩形波导，所述T形矩形波导包括功率输入波导以及功率输出波导，所述功率输出波导水平相通，所述功率输入波导与功率输出波导垂直相通；所述功率输入波导的对面设有功率分配装置，所述功率分配装置的一端伸入功率输入波导的下端，功率分配装置的另一端与矩形波导的底板内侧相抵，所述底板上开有槽口，所述功率分配装置的两侧形状与功率输入波导和功率输出波导相交处的形状相对应；所述底板外侧设有能够使功率分配装置与功率输入波导下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置，所述水平移动驱动装置穿过底板的槽口并与功率分配装置固定连接。
2.根据权利要求1所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述功率分配装置包括挡板和/或功分部件，所述功分部件包括功分板以及连接板，所述功分板以及连接板呈等腰三角形的结构，连接板与矩形波导的底板内侧相抵；所述挡板的一端伸入功率输入波导内，另一端与功分板的相交处相连。
3.根据权利要求2所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述挡板与连接板垂直。
4.根据权利要求2所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述功分板以及连接板呈等腰直角三角形。
5.根据权利要求2所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述连接板至功分板相交处的垂直距离与矩形波导窄边的长度相等。
6.根据权利要求1所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述大功率波导功分器包括突缘和/或倒角，所述功率输入波导下端两侧内壁向外延伸形成台阶状突缘，突缘的高度与功率分配装置伸入功率输入波导的一端的位置相对应；所述倒角的斜面分别与功率输入波导下端以及功率输出波导相连接。
7.根据权利要求6所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述突缘向外延伸的距离与功率分配装置伸入功率输入波导的一端的厚度相等。
8.根据权利要求6所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述倒角的角度为45°。
9.根据权利要求6所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述倒角的倒角距离为矩形波导窄边长度的1/2。
10.根据权利要求1所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述水平移动驱动装置包括支架、滑竿、螺杆以及电机，所述支架设于矩形波导的底板下方并与其连接固定，所述滑竿水平设于支架内，滑竿通过螺杆与电机相连；所述滑竿通过驱动螺丝与功率分配装置连接固定。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述大功率波导功分器还包括限位器，所述限位器设于水平移动驱动装置上，限位器与功率输入波导下端两侧内壁的位置相对应。
12.根据权利要求11所述的大功率波导功分器，其特征在于：所述大功率波导功分器还包括方向耦合器以及低电平控制单元，所述方向耦合器的一端分别与功率输入波导的入口端以及功率输出波导的出口端相连接，另一端均与低电平控制单元相连接；所述低电平控制单元还分别与限位器以及水平移动驱动装置相连接。
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Effective date: 20130605

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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100101 SHIJINGSHAN, BEIJING TO: 212000 ZHENJIANG, JIANGSU PROVINCE

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130605

Address after: 212000 Zhenjiang City, Jiangsu province Jingkou District Zongze Road No. 98

Applicant after: Sun An

Address before: 100101 No. 9, No. 426, building 19, Yuquanlu Road, Beijing, Shijingshan District

Applicant before: Sun An

Applicant before: Hailong nuclear material technology (Jiangsu) Co., Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: JIANGSU DEZUO ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SUN AN

Effective date: 20141216

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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 212000 ZHENJIANG, JIANGSU PROVINCE TO: 210000 NANJING, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20141216

Address after: Qixia District of Nanjing City, Jiangsu province 210000 Street Xianlin Xianlin University City of Nanjing Xianlin University City Science and Technology Park Co. Ltd. project land office Room 309 room

Patentee after: Jiangsu Dezuo Electronic Technology Co., Ltd.

Address before: 212000 Zhenjiang City, Jiangsu province Jingkou District Zongze Road No. 98

Patentee before: Sun An

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20110907

Assignee: Zhengzhou step Accelerator Technology Co., Ltd.

Assignor: Jiangsu Dezuo Electronic Technology Co., Ltd.

Contract record no.: 2015320000588

Denomination of invention: High-power waveguide PD (power divider) capable of regulating output power

Granted publication date: 20140326

License type: Common License

Record date: 20150911

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: High-power waveguide PD (power divider) capable of regulating output power

Effective date of registration: 20160517

Granted publication date: 20140326

Pledgee: Bank of Nanjing, Zhujiang branch, Limited by Share Ltd

Pledgor: Jiangsu Dezuo Electronic Technology Co., Ltd.

Registration number: 2016990000393

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140326

Termination date: 20190127