CN114421108B - 一种用于主动拒止的w波段多路波导功率合成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，包括：脉冲功率发生器，用于为微波功率源提供相同调制后的脉冲电信号；微波功率源，接收脉冲功率发生器输出的脉冲电信号，产生大功率W波段毫米波；模式转换器，将微波功率源产生的W波段毫米波转换为高斯束或类高斯束模式的W波段毫米波；过模波导功率合成器，包括两个输入端口、一个输出端口与一个匹配负载端口，两个输入端口分别接收经模式转换器转换后的W波段毫米波；过模波导功率合成器将两个输入端口输入的W波段毫米波进行功率合成后在输出端口输出，匹配负载端口连接匹配负载。本发明的方案能够实现W波段多路波导功率合成，从而实现微波主动拒止系统高效远距离的打击需求。
Description
技术领域
本发明涉及功率合成领域，特别涉及一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统。
背景技术
微波主动拒止系统的打击距离与辐射功率成正比关系，传统的基于回旋管体系的微波主动拒止系统辐射功率可到10kW以上，作用距离远；但该系统复杂且需要外部励磁系统导致体积庞大且环境适应性差，不利于野外机动部署。基于小型化的微波源器件，如扩展互作用振荡管、速调管、磁控管等常规电真空器件，可使系统复杂度和体积降低，但单个器件的功率较低难以满足远距离打击的需求。
功率合成技术是将多个微波源产生的微波信号在空间或波导内进行功率合成，达到大功率输出的目的。空间功率合成往往利用天线类的辐射器将每个微波源产生的信号在自由空间的远场进行功率合成，其利用信号的相位属性可实现多种波束类型和方向的合成。空间功率合成的功率容量高，可进行千瓦至吉瓦级别的功率合成；但对于主动拒止系统需求的W波段微波源多采用振荡型器件，多器件之间没有相位相干性，无法满足高效率的空间功率合成；若采用固态加上放大器的路线，虽然会带来相位相干性利于空间功率合成，但同样会导致系统复杂及体积大的同时效费比低下无法满足实际应用需求。波导功率合成是利用微波源产生的信号在规则波导内进行场的叠加从而达到功率合成的目的，一般规则波导的功率合成多见于固态器件的小功率合成，且波导的尺寸结构与所传输的电磁波波长严格相关；对于W波段的规则波导，其波导结构尺寸在3mm级别，其功率容量有限，难以传输kW级别的功率用于主动拒止系统。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，采用过模波导功率合成方式实现，可有效地解决主动拒止系统远距离打击及实际应用的需求。
本发明采用的技术方案如下：一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，包括：
脉冲功率发生器，用于为微波功率源提供相同调制后的脉冲电信号；
微波功率源，接收脉冲功率发生器输出的脉冲电信号，产生大功率W波段毫米波；
模式转换器，将微波功率源产生的W波段毫米波转换为高斯束或类高斯束模式的W波段毫米波；
过模波导功率合成器，包括两个输入端口、一个输出端口与一个匹配负载端口，两个输入端口分别接收经模式转换器转换后的W波段毫米波；过模波导功率合成器将两个输入端口输入的W波段毫米波进行功率合成后在输出端口输出，匹配负载端口连接匹配负载。
进一步的，还包括脉冲调制器，与脉冲功率发生器连接，用于调制脉冲功率发生器输出的脉冲电信号的宽带和重频，保证脉冲功率发生器发送至微波功率源的脉冲信号是同步且一致的。
进一步的，所述过模波导功率合成器为四端口微波网络，由波导与内部反射镜组成，整体呈十字形，两个输入端口分布在左侧波导分支，输出端口与匹配负载端口分布在右侧波导分支；反射镜安装在上侧波导分支末端、下侧波导分支末端以及中间波导的上下两侧；上侧波导分支末端以及中间波导上侧的反射镜构成经过上侧波导的第一传输链路，下侧波导分支末端以及中间波导下侧的反射镜构成经过下侧波导的第二传输链路；输入端口输入的电磁波经左侧波导传输，分别流入中间波导、第一传输链路以及第二传输链路，输出至右侧波导，经右侧波导传输至输出端口以及匹配负载端口。
进一步的，所述波导为能够低损耗传输高斯波束模式电磁波的内开槽的波纹波导。
进一步的，所述左侧波导与右侧波导长度范围为0.15a2毫米至0.17a2毫米，其中a为该波导的直径或最大边长，单位毫米。
进一步的，所述过模波导功率合成器输入端口与输出端口的电磁波功率满足：0.9×(P1+P2)≤P3≤P1+P2，其中，P1、P2分别为两个输入端口输入的电磁波功率，P3为输出端口的电磁波功率。
进一步的，所述微波功率源为非相干振荡型器件。
进一步的，所述微波功率源为扩展互作用振荡器。
进一步的，所述模式转换器为半渐变的波导结构。
进一步的，所述W波段多路波导功率合成系统中，微波功率源、模式转换器与过模波导功率合成器数量根据需要合成的功率源数量进行选取，一个微波功率源对应一个模式转换器；一个过模波导功率合成器实现两个微波功率源的电磁波功率合成；在需要实现大于两个电磁波功率合成时，每增加一个需要合成的电磁波功率，就增加一个过模波导功率合成器对前一个过模波导功率合成器输出的合成功率与新增电磁波功率进行合成。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明提出的方案能够实现W波段多路波导功率合成，从而实现微波主动拒止系统高效远距离的打击需求。
附图说明
图1为本发明提出的W波段多路波导功率合成系统组成框图。
图2为本发明一实施例的W波段多路波导功率合成系统示意图。
图3为本发明另一实施例的W波段多路波导功率合成系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，提出了一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，是以当前微波主动拒止装备的实际需求为出发点，有效解决传统微波拒止系统复杂度高、启动时间慢难以满足实际应用需求，新型基于小型化W波段微波源的拒止系统，单个器件功率低，难以满足远距离打击的问题，具体方案如下：
一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，包括：
脉冲功率发生器，用于为微波功率源提供相同调制后的脉冲电信号；
微波功率源，接收脉冲功率发生器输出的脉冲电信号，产生大功率W波段毫米波；
模式转换器，将微波功率源产生的W波段毫米波转换为高斯束或类高斯束模式的W波段毫米波；
过模波导功率合成器，包括两个输入端口、一个输出端口与一个匹配负载端口，两个输入端口分别接收经模式转换器转换后的W波段毫米波；过模波导功率合成器将两个输入端口输入的W波段毫米波进行功率合成后在输出端口输出，匹配负载端口连接匹配负载。
具体的，还包括脉冲调制器，与脉冲功率发生器连接，用于调制脉冲功率发生器输出的脉冲电信号的宽带和重频，保证脉冲功率发生器发送至微波功率源的脉冲信号是同步且一致的。
过模波导功率合成器为四端口微波网络，由波导与内部反射镜组成，整体呈十字形，两个输入端口分布在左侧波导分支，输出端口与匹配负载端口分布在右侧波导分支；反射镜安装在上侧波导分支末端、下侧波导分支末端以及中间波导的上下两侧；上侧波导分支末端以及中间波导上侧的反射镜构成经过上侧波导的第一传输链路，下侧波导分支末端以及中间波导下侧的反射镜构成经过下侧波导的第二传输链路；输入端口输入的电磁波经左侧波导传输，分别流入中间波导、第一传输链路以及第二传输链路，输出至右侧波导，经右侧波导传输至输出端口以及匹配负载端口。
实施例1
如图2所示，本实施例提出了两个微波功率源的功率合成系统。由一个脉冲发生器、一个脉冲调制器、两个微波功率源以及一个过模波导功率合成器组成；
脉冲调制器，连接脉冲功率发生器，用于调制功率合成网络中的脉冲功率发生器输出的电脉冲信号的宽带和重频，保证脉冲功率发生器发送至多个微波功率源的脉冲信号是同步且一致的；
脉冲功率发生器，连接脉冲调制器和两个微波功率源，用于将外部馈入的直流或交流电转换成高压脉冲电信号，该脉冲信号受到脉冲调制器的控制，用于微波功率源的高压供电，激励微波功率源产生需求的W波段电磁波；
两个微波功率源连接脉冲功率发生器的高压脉冲输出，根据脉冲调制器的脉冲调制形式输出W波段的大功率电磁波。
在本实施例中，微波功率源为非相干振荡型器件，如图2所示采用的是扩展互作用振荡器EIO_1和EIO_2；其中，两个微波功率源的输出频率满足94GHz<f1,f2<96GHz，f1,f2分别为EIO_1和EIO_2的输出频率，其对应的输出功率分别为P1和P2。
模式转换器10和11与两个微波功率源一一对应连接于输出端口，将微波功率源输出的波导模式电磁波转换成高斯束或类高斯束模式(TEM00模式或HE11模式)的电磁波。
在本实施例中，模式转换器采用半径渐变的波导结构实现。
过模波导功率合成器是功率合成的核心器件，在本实施例中，为四端口微波网络，包括输入端口1、2，输出端口3、4，以及用于电磁波转向的反射镜5、6、7和中间波导9，以及用于传输的波导结构。
具体的，如图2所示，在本实施例中，主要传输的波导结构由长度为L1构成的两端波导(左侧分支与右侧分支)，长度为L2的两端波导(上侧分支与下侧分支)以及中间波导9。
优选的，过模波导功率合成器中的波导结构均为可低损耗传输高斯波束模式电磁波的内开槽的波纹波导。
在实际应用当中，输入端口1、2一一对应连接模式转换器10、11的输出端口，接收电磁波。
进入输入端口1、2的电磁波经过长度为L1的过模波导(左侧)后，分别流入由反射镜7、5以及上侧波导构成的第一传输链路、中间波导9、由反射镜8、6以及下侧波导构成的第二传输链路，经第一传输链路、中间波导9以及第二传输链路输出的电磁波，经过长度为L1的右侧波导到达输出端口3、4。
输出至端口3的电磁波功率P3与输入端口1的电磁波功率P1及端口2的电磁波功率P2之间满足关系式：0.9×(P1+P2)≤P3≤P1+P2。输出端口4的连接匹配负载，用于功率合成网络的匹配及吸收多余的电磁波功率。
其中，L1的长度范围为0.15a2毫米至0.17a2毫米，其中a为该波导的直径或最大边长，单位毫米。
实施例2
如图3所示，本实施例提出了三个微波功率源的功率合成系统。由一个脉冲发生器、一个脉冲调制器、三个微波功率源以及两个过模波导功率合成器组成；
脉冲功率发生器，连接脉冲调制器和微波功率源EIO_1、EIO_2及EIO_3，将外部馈入的直流或交流电转换成高压脉冲电信号输入至三个微波功率源，该脉冲信号受到脉冲调制器的控制，激励微波功率源EIO_1、EIO_2及EIO_3产生需求的W波段电磁波。
本实施例中，三个微波功率源EIO_1、EIO_2及EIO_3为扩展互作用振荡器件，其也可为其他类振荡型器件。微波功率源EIO_1、EIO_2及EIO_3，根据脉冲调制器的脉冲调制形式分别输出功率为P1、P2及P3的W波段的大功率电磁波。
微波功率源EIO_1和EIO_2输出的电磁波分别经过模式转换器(10)及(11)输入到由(1)～(9)构成的第一个过模波导功率合成器的输入端口(1)和(2)；微波功率源EIO_1 和EIO_2输出的电磁波经第一个过模波导功率合成器由端口(3)输出合成功率为P4的电磁波，P4满足0.9×(P1+P2)≤P4≤P1+P2，端口(4)接匹配负载；
第一个过模波导功率合成器由端口(3)输出的电磁波经过内开槽波纹波导(12)输入到由(14)～(22)构成的第二个过模波导功率合成器的输入端口(14)；同时微波功率源EIO_3产生的W波段电磁波由波导传输链路(13)输入到第二个过模波导功率合成器的输入端口(15)。
输入端口(14)及(15)的电磁波经第二个过模波导功率合成器内的传输链路，在输出端口(21)处得到合成功率P5，P5满足0.9×(P3+P4)≤P5≤P4+P3，端口(22)接匹配负载。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的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，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，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。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (9)
1.一种用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，包括：
脉冲功率发生器，用于为微波功率源提供相同调制后的脉冲电信号；
微波功率源，接收脉冲功率发生器输出的脉冲电信号，产生大功率W波段毫米波；
模式转换器，将微波功率源产生的W波段毫米波转换为高斯束或类高斯束模式的W波段毫米波；
过模波导功率合成器，包括两个输入端口、一个输出端口与一个匹配负载端口，两个输入端口分别接收经模式转换器转换后的W波段毫米波；过模波导功率合成器将两个输入端口输入的W波段毫米波进行功率合成后在输出端口输出，匹配负载端口连接匹配负载；
所述过模波导功率合成器为四端口微波网络，由波导与内部反射镜组成，整体呈十字形，两个输入端口分布在左侧波导分支，输出端口与匹配负载端口分布在右侧波导分支；反射镜安装在上侧波导分支末端、下侧波导分支末端以及中间波导的上下两侧；上侧波导分支末端以及中间波导上侧的反射镜构成经过上侧波导的第一传输链路，下侧波导分支末端以及中间波导下侧的反射镜构成经过下侧波导的第二传输链路；输入端口输入的电磁波经左侧波导传输，分别流入中间波导、第一传输链路以及第二传输链路，输出至右侧波导，经右侧波导传输至输出端口以及匹配负载端口。
2.根据权利要求1所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，还包括脉冲调制器，与脉冲功率发生器连接，用于调制脉冲功率发生器输出的脉冲电信号的宽带和重频，保证脉冲功率发生器发送至微波功率源的脉冲信号是同步且一致的。
3.根据权利要求1所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述左侧波导与右侧波导长度范围为0.15a2毫米至0.17a2毫米，其中a为该波导的直径或最大边长，单位毫米。
4.根据权利要求3所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述过模波导功率合成器输入端口与输出端口的电磁波功率满足：0.9×(P1+P2)≤P3≤P1+P2，其中，P1、P2分别为两个输入端口输入的电磁波功率，P3为输出端口的电磁波功率。
5.根据权利要求1所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述微波功率源为非相干振荡型器件。
6.根据权利要求5所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述微波功率源为扩展互作用振荡器。
7.根据权利要求1所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述模式转换器为半渐变的波导结构。
8.根据权利要求1所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，在W波段多路波导功率合成系统中，微波功率源、模式转换器与过模波导功率合成器数量根据需要合成的功率源数量进行选取，一个微波功率源对应一个模式转换器；一个过模波导功率合成器实现两个微波功率源的电磁波功率合成；在需要实现大于两个电磁波功率合成时，每增加一个需要合成的电磁波功率，就增加一个过模波导功率合成器对前一个过模波导功率合成器输出的合成功率与新增电磁波功率进行合成。
9.根据权利要求8所述的用于主动拒止的W波段多路波导功率合成系统，其特征在于，所述波导为能够低损耗传输高斯波束模式电磁波的内开槽的波纹波导。
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