CN111933502B - 一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电真空器件领域，涉及磁控管，具体提供一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，用以克服现有技术中脉冲磁控管的工作比(或者说重复频率)无法提高的问题。本发明基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统包括：时序发生器1、N个高压脉冲调制器2、N个脉冲磁控管3、以及N合1输出装置4，N≥2；利用时序发生器分别给N个高压脉冲调制器发送频率相同、相位依次相差360°/N的错位时序信号，使得N个脉冲磁控管交替输出脉冲微波信号，并由N合1输出装置4将N路不同相位的微波信号耦合为一路微波信号输出；有效提高了系统整体微波脉冲能量输出的重复频率及最大占空比。

Description

一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统
技术领域
本发明属于电真空器件领域，涉及磁控管，具体提供一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统。
背景技术
磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件，磁控管工作时，阴极和阳极之间加上几百伏到几十千伏的直流电压，同时必须把互作用空间安置在和管轴平行的均匀直流磁场中；所以互作用空间内直流电场和直流磁场相互垂直，管内阴极发射的电子与高频场发生相互作用，把从恒定电场中获得的能量转变成微波能量。一般来说，磁控管按工作状态可以分为脉冲磁控管和连续波磁控管；与连续波磁控管工作不同，脉冲磁控管是以一定频率、且在一个周期中的很短时间向外辐射微波能量，而现有磁控管的几何结构设计以及阴极能力导致单个脉冲磁控管的重复频率在数百到一千赫兹，且最大脉冲宽度数量级也只是在微秒级别，所以最大占空比很小、仅为千分之一左右；并且，与之配套的电源需要在很短时间(微秒级)内形成脉冲高电压来供给脉冲磁控管使用。
然而在某些应用场景下，在现有单个脉冲磁控管的几何结构、阴极能力、并且考虑到电源设计的情况下，脉冲辐射的重复频率在单个脉冲磁控管的系统中无法大幅度提升；因此，本发明旨在提出一种脉冲磁控管多路合成的方法以提高脉冲辐射的重复频率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中脉冲磁控管的工作比(或者说重复频率)无法提高的问题，提供了脉冲磁控管的合成输出方法。为实现该目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，包括：时序发生器1、N个高压脉冲调制器2、N个脉冲磁控管3、以及N合1输出装置4，N≥2；其特征在于，
所述高压脉冲调制器包括：高压电源模块2-1、开关驱动模块2-2、、固态开关K1、储能电容C、以及限流电阻R，所述固态开关K1连接于高压电源模块2-1的负极与脉冲磁控管的阴极(K)之间，所述限流电阻R连接于高压电源模块2-1的正极与脉冲磁控管的阳极(A)之间，所述储能电容C跨接于高压电源模块2-1的负极与正极之间，所述开关驱动模块2-2控制固态开关K1的闭合和关断，所述高压电源模块2-1的正极接地；
所述高压脉冲调制器2与脉冲磁控管3一一对应连接；时序发生器1提供频率相同、相位依次相差360°/N的N路错位时序信号，所述N路错位时序信号分别发送至N个高压脉冲调制器的开关驱动模块2-2，进而控制N个脉冲磁控管交替输出脉冲微波信号；所述N合1输出装置4将N路脉冲微波信号耦合为一路输出微波信号。
进一步的，所述高压脉冲调制器还包括取样反馈模块2-3，所述限流电阻R与脉冲磁控管的阳极(A)之间引出取样反馈模块2-3的输入，所述取样反馈模块2-3的输出提供控制信号至开关驱动模块2-2；所述取样反馈模块2-3中集成电压传感器、电流传感器及温度传感器，当监测到电路中出现过压、过流、过温时，取样反馈模块2-3向开关驱动模块2-2发出控制信号，关断固态开关K1，保护脉冲磁控管。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，利用时序发生器分别给N个高压脉冲调制器发送频率相同、相位依次相差360°/N的错位时序信号，使得N个脉冲磁控管交替输出脉冲微波信号，并由N合1输出装置4将N路不同相位的微波信号耦合为一路微波信号输出；假设每台高压脉冲调制器最高工作频率为500Hz，错位时序信号控制N个高压脉冲交替给N个脉冲磁控管提供直流电源，最终N个脉冲磁控管输出微波信号总频率能达到(N*500)Hz，即有效提高了系统整体微波脉冲能量输出的重复频率及最大占空比。
附图说明
图1为本发明中基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统的示意图。
图2为本发明中单个高压脉冲调制器模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，其结构示意图如图1所示；包括：时序发生器1、N个高压脉冲调制器2、N个脉冲磁控管3、以及N合1输出装置4，N≥2；其中，
所述高压脉冲调制器的模块示意图如图2所示，包括：高压电源模块2-1、开关驱动模块2-2、取样反馈模块2-3、固态开关K1、储能电容C、以及限流电阻R，所述固态开关K1连接于高压电源模块2-1的负极与脉冲磁控管的阴极(K)之间，所述限流电阻R连接于高压电源模块2-1的正极与脉冲磁控管的阳极(A)之间，所述储能电容C跨接于高压电源模块2-1的负极与正极之间、一端连接于高压电源模块2-1的负极与固态开关K1之间、另一端连接于高压电源模块2-1的正极与限流电阻R之间，所述限流电阻R与脉冲磁控管的阳极(A)之间引出取样反馈模块2-3的输入，所述取样反馈模块2-3的输出提供控制信号至开关驱动模块2-2，所述开关驱动模块2-2控制固态开关K1的闭合和关断，所述高压电源模块2-1的正极接地；脉冲磁控管的灯丝(K)直接连接为灯丝提供所必须的电流的灯丝电源2-4上；
更为具体的讲：在固态开关K1关断时、高压电源模块2-1直接给储能电容C供电；在固态开关K1闭合时、储能电容C放电给脉冲磁控管，即储能电容C、脉冲磁控管、限流电阻R形成放电回路，此时脉冲磁控管工作；放电回路中串入限流电阻R，在磁控管发生短路打火情况下，可以限制电流的上升速率；取样反馈模块2-3中集成电压传感器、电流传感器及温度传感器，用于监测放电回路中的电压、电流和电路系统的温度，即实现过压、过流、过温等保护功能，当出现过压、过流、过温时，取样反馈模块2-3向开关驱动模块2-2发出控制信号，确保在脉冲磁控管短路打火2μs内有效关断固态开关K1；
所述高压脉冲调制器2与脉冲磁控管3一一对应连接；时序发生器1提供频率相同、相位依次相差360°/N的N路错位时序信号，所述N路错位时序信号分别发送至高压脉冲调制器的开关驱动模块2-2，进而控制脉冲磁控管输出脉冲微波信号；所述N合1输出装置4将N路不同相位的微波信号耦合为一路输出微波信号；
更为具体的讲，时序发生器分别给N个高压脉冲调制器发送频率相同、相位依次相差360°/N的错位时序信号，使得N个脉冲磁控管交替输出脉冲微波信号；假设每台高压脉冲调制器最高工作频率为500Hz，错位时序信号控制N个高压脉冲交替给N个脉冲磁控管提供直流电源，最终N个脉冲磁控管输出微波信号总频率能达到(N*500)Hz，即实现脉冲磁控管占空比合成。
本实施例中，所述N合1输出装置将N路不同相位的微波信号耦合到一个波导中输出，并且具有低插损，高功率容量的特点，可以利用基本微波无源传输器件来进行装置的合成，例如魔T功分电桥，定向耦合器，高隔离度的E-T结功分器等等；输入端口隔离度较高，输入信号能够单向传输到信号输出口。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，包括：时序发生器(1)、N个高压脉冲调制器(2)、N个脉冲磁控管(3)、以及N合1输出装置(4)，N≥2；其特征在于，
所述高压脉冲调制器包括：高压电源模块(2-1)、开关驱动模块(2-2)、固态开关K1、储能电容C、以及限流电阻R，所述固态开关K1连接于高压电源模块(2-1)的负极与脉冲磁控管的阴极(K)之间，所述限流电阻R连接于高压电源模块(2-1)的正极与脉冲磁控管的阳极(A)之间，所述储能电容C跨接于高压电源模块(2-1)的负极与正极之间，所述高压电源模块(2-1)的正极接地，所述开关驱动模块(2-2)用于控制固态开关K1的闭合和关断；
所述高压脉冲调制器(2)与脉冲磁控管(3)一一对应连接；时序发生器(1)提供频率相同、相位依次相差360°/N的N路错位时序信号，所述N路错位时序信号分别发送至N个高压脉冲调制器的开关驱动模块(2-2)，进而控制N个脉冲磁控管交替输出脉冲微波信号；所述N合1输出装置(4)将N路脉冲微波信号耦合为一路输出微波信号。
2.按权利要求1所述基于脉冲磁控管占空比合成的功率源系统，其特征在于，所述高压脉冲调制器还包括取样反馈模块(2-3)，所述限流电阻R与脉冲磁控管的阳极(A)之间引出取样反馈模块的输入，所述取样反馈模块的输出提供控制信号至开关驱动模块2-2；所述取样反馈模块(2-3)中集成电压传感器、电流传感器及温度传感器，当监测到电路中出现过压、过流、过温时，取样反馈模块向开关驱动模块发出控制信号，关断固态开关K1。
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