CN104701117A - 杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波功率发生器。本发明公开了一种利用选频反射器来实现磁控管杂散能量回收利用，以较小的注入信号功率，满足大功率磁控管输出频率的锁定要求的微波发射系统。本发明的技术方案是，杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，包括n只磁控管及n个锁频装置，所述锁频装置向磁控管注入锁频信号，其特征在于，所述n个锁频装置与同一个微波源连接，所述磁控管输出端连接有选频反射器，将磁控管输出的杂散微波信号反射回磁控管，n≥1。本发明微波发射系统，制造简单，能够有效地实现磁控管输出信号杂散能量回收，降低注入信号功率，降低微波源的成本，从而降低整个微波发射系统的成本，特别适用于多只磁控管相干功率合成的应用场合。

Description

杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统

技术领域

本发明属于微波源技术领域，涉及微波功率发生器。特别涉及一种注入锁频磁控管微波发射系统。

背景技术

微波已广泛地应用于雷达、通信、微波输能、微波加热等技术领域。随着经济技术的发展，利用微波能的领域越来越多。产生微波的器件通常分为固态器件和电真空器件。往往电真空器件拥有较高的直流-微波转换效率，尤其属于电真空器件的磁控管具有很低的成本和很高的功质比等优势。

虽然磁控管的转换效率较高，但是其输出特性通常极差，输出频率和输出相位会发生随机变化，不是一种输出特性较好的微波发射系统。通过注入锁频技术可以改善磁控管的输出特性，磁控管的输出信号频率被外部注入信号频率控制，输出信号相位与外部注入信号相位之间有一固定的相位差。磁控管注入锁频系统结构如图1所示，通常包括磁控管、微波源和锁频装置。微波源产生的频率稳定、精确的注入信号(也称为锁频信号)通过锁频装置注入到磁控管中，对磁控管谐振频率进行锁定。由于对微波源输出的锁频信号有较高的参数要求，微波源结构通常比较复杂，当磁控管的输出功率达到kW级别时，需要注入较大功率的信号才能实现注入锁频，这个较大的注入功率的获得往往成本较高。出于成本考虑，可以用较低功率的注入信号对磁控管进行注入锁频，以便降低微波源的成本和整个微波发射系统的成本。但是较低功率注入时，磁控管的输出频率则不是一个点频，而变为多个频率，在某个频带内磁控管均有功率输出，但是其中只有一个频率的微波信号为有用信号，其它频率的微波信号则均为无用信号，或称之为杂散微波信号。磁控管输出信号不能有效锁定，产生了杂散微波信号输出，这种现象实际上降低了了磁控管输出的有用功率，从而劣化了磁控管的微波转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对磁控管微波发射系统频率锁定存在的问题，提出一种利用选频反射器来实现磁控管杂散能量回收利用，稳定磁控管的输出特性，以较小的注入信号功率，满足大功率磁控管输出频率的锁定要求，同时可以提高磁控管的微波转换效率的微波发射系统。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，包括n只磁控管及n个锁频装置，所述锁频装置向磁控管注入锁频信号，其特征在于，所述n个锁频装置与同一个微波源连接，所述磁控管输出端连接有选频反射器，将磁控管输出的杂散微波信号反射回磁控管，n≥1。

本发明的技术方案，采用磁控管作为微波发射系统的发射源，充分发挥磁控管微波转换效率高、功率大的特点。以同一个微波源作为注入信号源，可以非常容易的实现每个磁控管发射的微波信号为相干微波信号，构成大功率相干微波源。磁控管输出端连接的选频反射器，能够将磁控管发射的杂散微波信号反射回磁控管进行重新锁定，从而可以用较小功率的注入信号对大功率磁控管进行频率锁定，为多只磁控管共用一个微波源的注入信号奠定了基础。

具体的，所述选频反射器为波导选频反射器。

采用波导选频反射器，具有结构简单、成本低、传输功率大的特点。

更具体的，所述波导选频反射器为矩形波导选频反射器。

矩形波导选频反射器波导腔为矩形，便于与大功率磁控管输出端对接，矩形波导选频反射器同样具有成本优势和传输功率大的特点，并且还具有结构精度高的特点。

进一步的，所述波导选频反射器上安装有调谐螺钉，所述调谐螺钉伸入波导选频反射器波导腔，用于调整所述波导选频反射器的反射频率。

波导反射器上安装调谐螺钉，利用调谐螺钉伸入波导选频反射器波导腔的深度，调整波导选频反射器的反射频率，是一种结构简单，调整方便的选频反射器。

具体的，所述调谐螺钉共有3只。

三螺钉波导选频反射器，是一种技术成熟、结构简单的波导选频反射器，可以通过调整3只螺钉伸入波导腔的深度，非常方便的调整反射频率，实现选频反射。

具体的，所述选频反射器与所述磁控管的距离与所述锁频信号波长相等。

根据微波传输的特点，选频反射器的安装位置距离磁控管为锁频信号波长时，可以有效降低选频反射器接入后对磁控管的影响。

具体的，所述锁频装置包括环行器和负载，所述微波源产生的锁频信号通过环行器注入磁控管，所述磁控管输出的微波信号通过所述环行器输出。

环形器是一个多端口器件，微波在环形器沿单方向环行传输，与相应的负载配合，可以非常方便的实现微波信号注入和输出互不干扰。

具体的，所述环行器为波导四端口环行器，所述四端口环行器一个端口与磁控管相连，一个端口与微波源相连，一个端口与负载相连，一个端口为输出端。

四端口环行器是本发明推荐的环行器，其四个端口的结构，正好适合本发明的应用场合，四端口环行器的一个端口与磁控管相连，一个端口与微波源相连，一个端口与负载相连，余下的一个端口为微波发射系统的输出端。

进一步的，所述微波源通过功率分配器与n个锁频装置连接，所述功率分配器为n路功率分配器，所述n路功率分配器输出的n路锁频信号具有相同频率和固定的相位差。

采用功率分配器对微波源输出的锁频信号进行分配，可以根据需要将微波源输出的锁频信号按比例分配给各个锁频装置，注入到相应的磁控管中进行频率锁定。这种结构的微波发射系统，能够构成大功率相干微波合成系统。

更进一步的，所述n只磁控管具有相同结构，所述n个锁频装置具有相同结构。

本方案中n只磁控管具有相同结构，n个锁频装置也具有相同结构，可以简化系统结构，降低生产成本，提高生产效率，更加适合相干功率合成的微波发射系统。

本发明的有益效果是，利用了注入锁频的理论和选频反射器，可以对磁控管的输出的微波进行有效锁定，减小了磁控管输出信号频率的离散性。本发明微波发射系统，制造简单，能够有效地实现磁控管输出信号杂散能量回收，降低注入信号功率，降低微波源的成本，从而降低整个微波发射系统的成本。本发明的微波发射系统有效提高了磁控管的直流-微波转换效率，特别适用于多只磁控管相干功率合成的应用场合。

附图说明

图1为现有技术注入锁频磁控管微波发射系统结构示意图；

图2为实施例1微波发射系统框图；

图3是实施例1结构示意图；

图4是实施例2结构示意图。

图中，1-磁控管；2-波导四端口环行器；3-负载；4-微波源；5-微波发射系统输出口；6-选频反射器。

具体实施方式

下面结合附图说明给出本发明的实施例，并通过实施例对本发明作进一步的说明，以便于更加容易地理解本发明。但需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于下面实施例所描述的形式，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，还可很容易地设计出其他的实施方式，因此不应将下面给出的具体实施方式的实施例理解为本发明的保护范围，将本发明的保护范围限制在所给出的实施例。

实施例1

如图2所示，示出了一只磁控管构成的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，包括磁控管及对应的锁频装置和微波源。锁频装置与微波源连接，将微波源输出的锁频信号注入磁控管，使磁控管输出微波信号频率锁定到注入信号频率上。磁控管输出的微波信号中的杂散频率信号，被连接在磁控管输出端的选频反射器反射回磁控管，又回到磁控管谐振腔中与注入信号频率进行重新锁定，最后输出的就是与注入信号相同频率的微波信号。

本实施例的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统中，锁频装置由波导四端口环行器和负载组成。本例微波发射系统具体结构如附图3所示，由型号为CK219的S波段15kW连续波磁控管1和型号为BJ22的波导四端口环行器2、负载3、微波源4、微波发射系统输出端口5和波导选频反射器6组成。波导四端口环行器2的一个端口与磁控管1相连，一个端口与微波源4相连，一个端口与负载3相连，一个端口为输出端，与微波发射系统输出端口5连接。微波源4产生的锁频信号，通过波导四端口环行器2注入磁控管1，磁控管1输出的微波信号通过波导四端口环行器2输出。本例微波源4输出的微波频率为2.45GHz，功率为10W的注入信号通过波导四端口环行器2和波导选频反射器6注入至磁控管1后，由于注入信号功率仅为10W，磁控管1产生的微波频率并不能完全锁定，此时磁控管的输出频率为多个频率，这些频率中只有2.45GHz频率处的功率分量为有用功率，其他频率分量均为杂散信号。本例波导选频反射器6采用矩形波导选频反射器，该反射器具有三颗调谐螺钉，可以通过调整螺钉插入矩形波导腔壁面的深度，改变反射频率。本例中三螺钉矩形波导选频反射器6距离磁控管1的距离与注入信号波长相等，可以避免加入反射器后对磁控管负载反射参数的影响。通过调节波导选频反射器6的三只螺钉，可使其具有一定的选频特性。一边调整调谐螺钉，一边观察频谱分析仪的监测数据，最终可以将磁控管的输出频率锁定为2.45GHz，实现磁控管输出杂散能量的回收，有效提高磁控管的直流-微波转换效率。

实施例2

如图4所示，本例杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，由2只磁控管及其相应的锁频装置构成，他们具有相同结构，并且2个锁频装置与同一个微波源4连接，通过2路功率分配器(图4中未示出)从微波源4获得2路具有相同频率和相位的注入信号，分别注入2只磁控管。本例微波发射系统可以看成是两套系统的组合，2个微波发射系统输出端口5可以输出相干微波。可以看出，通过增加磁控管及其相应的锁频装置数量，可以构成功率更大的相干微波发射系统，由于系统中锁频装置连接同一个微波源，很容易得到多路相干微波注入信号，对这些磁控管进行锁频控制，进而得到大功率相干微波输出。由于采用功率分配器对同一个信号源进行功率分配，大大简化了相干微波功率合成系统的结构，具有非常广泛的应用前景。

Claims (10)

1.杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，包括n只磁控管及n个锁频装置，所述锁频装置向磁控管注入锁频信号，其特征在于，所述n个锁频装置与同一个微波源连接，所述磁控管输出端连接有选频反射器，将磁控管输出的杂散微波信号反射回磁控管，n≥1。

2.根据权利要求1所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述选频反射器为波导选频反射器。

3.根据权利要求2所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述波导选频反射器为矩形波导选频反射器。

4.根据权利要求2所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述波导选频反射器上安装有调谐螺钉，所述调谐螺钉伸入波导选频反射器波导腔，用于调整所述波导选频反射器的反射频率。

5.根据权利要求4所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述调谐螺钉共有3只。

6.根据权利要求1所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述选频反射器与所述磁控管的距离与所述锁频信号波长相等。

7.根据权利要求1所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述锁频装置包括环行器和负载，所述微波源产生的锁频信号通过环行器注入磁控管，所述磁控管输出的微波信号通过所述环行器输出。

8.根据权利要求7所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述环行器为波导四端口环行器，所述四端口环行器一个端口与磁控管相连，一个端口与微波源相连，一个端口与负载相连，一个端口为输出端。

9.根据权利要求1所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述微波源通过功率分配器与n个锁频装置连接，所述功率分配器为n路功率分配器，所述n路功率分配器输出的n路锁频信号具有相同频率和固定的相位差。

10.根据权利要求9所述的杂散能量回收注入锁频磁控管微波发射系统，其特征在于，所述n只磁控管具有相同结构，所述n个锁频装置具有相同结构。