CN103022613A - 输入功率比例可调的大功率波导功率合成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，功率输出波导与两个水平相通的功率输入波导垂直相通成T形结构，功率分配装置设置于功率输出波导对面，其两侧形状与功率输出波导和功率输入波导相交处的形状相对应，底板外侧设有能够使功率分配装置与功率输出波导下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置。本发明的优点是采用T形结构的矩形波导，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的窄边长度，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

输入功率比例可调的大功率波导功率合成器

技术领域

本发明涉及一种功率合成器，特别是一种输入功率比例可以调节的大功率波导功率合成器。

背景技术

大功率固态器件的工作频率及所能达到的功率越来越高，但限于半导体的物理特性，单个固态器件的输出功率是有限的。采用功率合成技术将多路固态器件输出功率进行叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。功率合成器广泛用于微波功率放大器、功放线性化、测试电路以及其它微波系统中。1960年，Wilkinson提出一种用传输线实现的N路功率合成器，由于它结构简单、易于实现，所以被广泛使用。但是这种合成器的工作带宽比较窄，在驻波比＜1.1和隔离度＞20dB的条件下相对带宽小于20%。

现有可变高频功率合成器电路复杂，不适合用于带电粒子加速器，也不适合大功率条件下工作。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种输入功率比例能够调节的大功率波导功率合成器，方便调节输入功率的比例。

技术方案：一种输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，包括功率输出波导、功率输入波导、功率分配装置，所述功率输出波导与两个水平相通的所述功率输入波导垂直相通成T形结构，所述功率分配装置设置于所述功率输出波导对面，所述功率分配装置一端伸入所述功率输出波导下端，所述功率分配装置另一端与所述功率输入波导的底板内侧相抵，所述功率分配装置的两侧形状与所述功率输出波导和所述功率输入波导相交处的形状相对应，所述底板上开有槽口，所述底板外侧设有能够使所述功率分配装置与所述功率输出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所述槽口与所述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和连接板，所述功分板）和所述连接板呈等腰三角形结构，所述连接板与所述底板内侧相抵，所述挡板一端伸入所述功率输出波导内，所述挡板另一端与所述功分板的相交处相连。

所述挡板与所述连接板垂直。

所述连接板至所述功分板相交处的垂直距离与窄边长度相等。

所述功率输出波导和所述功率输入波导相交处形成突缘和/或倒角，所述功率输出波导下端两侧内壁向外延伸形成台阶状的所述突缘，所述突缘的高度与所述功率分配装置伸入所述功率输出波导的一端其端面位置相对应，所述倒角的斜面分别与所述功率输出波导和所述功率输入波导相连接。

所述突缘向外延伸的距离与所述功率分配装置伸入所述功率输出波导的一端其厚度相等。

所述倒角的角度为45°，所述倒角的倒角距离为所述窄边长度的一半。

所述水平移动驱动装置包括支架、滑竿、螺杆以及电机，所述支架设于所述底板下方并与其连接固定，所述滑竿水平设于所述支架内，所述滑竿通过所述螺杆与所述电机相连，所述滑竿通过驱动螺丝与所述功率分配装置连接固定。

所述输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，还包括限位传感器，所述限位传感器设于所述水平移动驱动装置上，所述限位传感器与所述功率输出波导下端两侧内壁的位置相对应。

所述输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，还包括方向耦合器以及低电平控制单元，所述功率输入波导的入口端以及所述功率输出波导的出口端分别连接一个所述方向耦合器，各所述方向耦合器的另一端均与所述低电平控制单元相连接；所述限位传感器、所述水平移动驱动装置均与所述低电平控制单元相连接。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。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是采用T形结构的矩形波导，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，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的窄边长度，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。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明自动化反馈控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如附图1所示，一种输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，采用T形结构的矩形波导，包括功率输出波导11、功率输入波导12、功率分配装置13，左、右两侧的两个功率输入波导12水平相通，功率输出波导11与功率输入波导12垂直相通成T形结构，功率分配装置13设置于功率输出波导11对面即功率输出波导11的下方，功率分配装置13一端伸入功率输出波导11下端，功率分配装置13另一端与矩形波导的底板即功率输入波导12的底板14内侧相抵，功率分配装置13的两侧形状与功率输出波导11和功率输入波导12左、右两侧相交处的形状相对应，底板14上开有槽口15，所述底板14外侧设有能够使功率分配装置13伸入功率输出波导11的一端与功率输出波导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穿过槽口15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，功分部件包括左、右两块功分板132和水平放置的连接板133，功分板132和连接板133呈等腰三角形结构，连接板133与底板14内侧相抵，挡板131一端伸入功率输出波导11内，另一端与功分板132的相交处相连，挡板131与连接板133垂直。

功率输出波导11下端左、右两侧内壁向外延伸形成对称的台阶状的突缘18，突缘18的高度与挡板131上端的端面位置相对应，为了保证一个功率输入端口的输入功率为零时，另一个功率输入端口的高频输入功率基本与高频输出功率相等，即损耗降低到最小，突缘18向外延伸的距离与挡板131的厚度相等，使挡板131的侧面与输出波导的宽边形成平面重叠，这样就可达到最小反射。倒角19的斜面分别与功率输出波导11和功率输入波导12相连接，倒角19的斜面与功分板132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出功率的发射功率。倒角19的最佳角度为45°，倒角距离为矩形波导的窄边17长度的一半，同时连接板133至两块功分板132相交处的垂直距离与功率输入波导12的窄边17长度相等。功分板132与连接板133构成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18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，并且两个功率输入波导12的输入端口其输入功率之和基本等于功率输出波导11的功率输出端口其输出功率，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。在此需要说明的是，不论倒角19是圆倒角还是直角倒角，倒角是否是45°，相应的两块功分板132之间、功分板132与连接板133之间构成的夹角是何种角度与形状，只要是倒角19和功分板132之间构成一个平行的波导，就能够大幅降低反射功率。

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以及电机164，支架161设于底板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与电机164相连，滑竿162通过驱动螺丝165与功率分配装置13中的连接板133连接固定。

为了防止功率分配装置13过度移动，达到保护大功率波导功率合成器的作用，在支架161上驱动螺丝165的左、右两侧设置了两个限位传感器20，限位传感器20与功率输出波导11下端两侧内壁的位置相对应。

如附图2所示，功率输入波导12的入口端以及功率输出波导11的出口端分别连接一个方向耦合器21，各个方向耦合器21的另一端均与低电平控制单元22相连接。低电平控制单元22不仅与两个限位传感器20连接，还通过电机驱动器23与水平移动驱动装置16中的电机164相连接。通过方向耦合器21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22，低电平控制单元22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电机164的行进步数，然后将带有行进步数的信号传输至电机驱动器23，带动功率分配装置13在水平方向左右移动，精确调节输入功率的比例，使输入功率符合预定要求。

Claims (10)

1.一种输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：包括功率输出波导（11）、功率输入波导（12）、功率分配装置（13），所述功率输出波导（11）与两个水平相通的所述功率输入波导（12）垂直相通成T形结构，所述功率分配装置（13）设置于所述功率输出波导（11）对面，所述功率分配装置（13）一端伸入所述功率输出波导（11）下端，所述功率分配装置（13）另一端与所述功率输入波导（12）的底板（14）内侧相抵，所述功率分配装置（13）的两侧形状与所述功率输出波导（11）和所述功率输入波导（12）相交处的形状相对应，所述底板（14）上开有槽口（15），所述底板（14）外侧设有能够使所述功率分配装置（13）与所述功率输出波导（11）下端两侧内壁相抵的水平移动驱动装置（16），所述水平移动驱动装置（16）穿过所述槽口（15）与所述功率分配装置（13）固定连接。

2.根据权利要求1所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述功率分配装置（13）包括挡板（131）和/或功分部件，所述功分部件包括功分板（132）和连接板（133），所述功分板（132）和所述连接板（133）呈等腰三角形结构，所述连接板（133）与所述底板（14）内侧相抵，所述挡板（131）一端伸入所述功率输出波导（11）内，所述挡板（131）另一端与所述功分板（132）的相交处相连。

3.根据权利要求2所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述挡板（131）与所述连接板（133）垂直。

4.根据权利要求2所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述连接板（133）至所述功分板（132）相交处的垂直距离与窄边（17）长度相等。

5.根据权利要求1所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述功率输出波导（11）和所述功率输入波导（12）相交处形成突缘（18）和/或倒角（19），所述功率输出波导（11）下端两侧内壁向外延伸形成台阶状的所述突缘（18），所述突缘（18）的高度与所述功率分配装置（13）伸入所述功率输出波导（11）的一端其端面位置相对应，所述倒角（19）的斜面分别与所述功率输出波导（11）和所述功率输入波导（12）相连接。

6.根据权利要求5所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述突缘（18）向外延伸的距离与所述功率分配装置（13）伸入所述功率输出波导（11）的一端其厚度相等。

7.根据权利要求5所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述倒角（19）的角度为45°，所述倒角（19）的倒角距离为所述窄边（17）长度的一半。

8.根据权利要求1所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：所述水平移动驱动装置（16）包括支架（161）、滑竿（162）、螺杆（163）以及电机（164），所述支架（161）设于所述底板（14）下方并与其连接固定，所述滑竿（162）水平设于所述支架（161）内，所述滑竿（162）通过所述螺杆（163）与所述电机（164）相连，所述滑竿（162）通过驱动螺丝（165）与所述功率分配装置（13）连接固定。

9.根据权利要求1-8中任一所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：还包括限位传感器（20），所述限位传感器（20）设于所述水平移动驱动装置（16）上，所述限位传感器（20）与所述功率输出波导（11）下端两侧内壁的位置相对应。

10.根据权利要求9所述的输入功率比例可调的大功率波导功率合成器，其特征在于：还包括方向耦合器（21）以及低电平控制单元（22），所述功率输入波导（12）的入口端以及所述功率输出波导（11）的出口端分别连接一个所述方向耦合器（21），各所述方向耦合器（21）的另一端均与所述低电平控制单元（22）相连接；所述限位传感器（20）、所述水平移动驱动装置（16）均与所述低电平控制单元（22）相连接。

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