CN117594396A - 一种基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源，其电磁波输出装置包括功率分配器，N对肖特基倍频二极管和移相器，以及空间功率合成器，其中功率分配器用于将真空电子器件所产生的电磁波分成N路，并分别发送至对应的肖特基倍频二极管，肖特基倍频二极管对所接收的电磁波进行倍频，并将倍频后的电磁波输出至对应的移相器，移相器对所接收的电磁波进行相位调整，然后输出至空间功率合成器进行功率合成后输出。本发明通过在真空电子器件的输出装置中引入肖特基倍频二极管，利用肖特基倍频二极管的倍频性能，提高电磁波辐射源的输出频率。
Description
技术领域
本发明属于电磁波生成技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源。
背景技术
真空电子器件是指借助电子在真空或者气体中与电磁场发生相互作用，将一种形式电磁能量转换为另一种形式电磁能量的器件，广泛用于广播、通信、电视、雷达、导航、自动控制、电子对抗、计算机终端显示、医学诊断治疗等领域。
在现有技术中，时常采用真空电子器件来构建电磁波辐射源。目前真空电子器件(如行波管、返波管)在200-350GHz的输出频率范围内能实现较大的输出功率，且可以工作在连续波和脉冲形式。但是随着相关技术的发展，实际应用场景对于电磁波辐射源的输出频率有了更高的要求，需要进一步提高输出频率范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源，通过在真空电子器件的输出装置中引入肖特基倍频二极管，提高电磁波辐射源的输出频率。
为了实现上述发明目的，本发明基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源包括真空电子器件和电磁波输出装置，其中电磁波输出装置包括功率分配器，N对肖特基倍频二极管和移相器，以及空间功率合成器，其中：
功率分配器用于将真空电子器件所产生的电磁波分成N路，并分别发送至对应的肖特基倍频二极管；
每个肖特基倍频二极管的输入波导连接功率分配器的输出端，输出波导连接对应移相器的输入端，用于对所接收的电磁波进行倍频，并将倍频后的电磁波输出至对应的移相器；
每个移相器用于分别根据空间功率合成器的需求对所接收的电磁波进行相位调整，并将调整后的电磁波输出至空间功率合成器；
空间功率合成器用于对接收到的N路电磁波进行功率合成后输出。
本发明基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源，其电磁波输出装置包括功率分配器，N对肖特基倍频二极管和移相器，以及空间功率合成器，其中功率分配器用于将真空电子器件所产生的电磁波分成N路，并分别发送至对应的肖特基倍频二极管，肖特基倍频二极管对所接收的电磁波进行倍频，并将倍频后的电磁波输出至对应的移相器，移相器对所接收的电磁波进行相位调整，然后输出至空间功率合成器进行功率合成后输出。本发明通过在真空电子器件的输出装置中引入肖特基倍频二极管，利用肖特基倍频二极管的倍频性能，提高电磁波辐射源的输出频率。
附图说明
图1是本发明基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源的具体实施方式结构图；
图2是本发明中肖特基倍频二极管的具体实施方式结构图；
图3是本实施例中倍频阶数为3时肖特基倍频二极管的输入输出功率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源的具体实施方式结构图。如图1所示，本发明基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源包括真空电子器件和电磁波输出装置，真空电子器件产生电磁波后由电磁波输出装置进行输出，本发明的主要改进在于电磁波输出装置，在本发明中电磁波输出装置包括功率分配器1，N对肖特基倍频二极管2和移相器3，以及空间功率合成器4。
功率分配器1用于将真空电子器件所产生的电磁波分成N路，并分别发送至对应的肖特基倍频二极管2。通过功率分配可以降低各路电磁波的功率，更易于满足肖特基倍频二极管2中击穿电压的约束，降低应用难度和成本，并且可以更好地适应大功率的应用场景。功率分配器1可以根据N个肖特基倍频二极管2的具体参数，设置功率平均分配或者不平均分配。
每个肖特基倍频二极管2的输入波导连接功率分配器1的输出端，输出波导连接对应移相器3的输入端，用于对所接收的电磁波进行倍频，并将倍频后的电磁波输出至对应的移相器3。
每个移相器3用于分别根据空间功率合成器的需求对所接收的电磁波进行相位调整，并将调整后的电磁波输出至空间功率合成器4。
空间功率合成器4用于对接收到的N路电磁波进行功率合成后输出。
配置有上述电磁波输出装置的电磁波辐射源，其输出功率Pout可以采用如下公式计算：
Pout＝Pvac×η
其中，Pvac表示真空电子器件的输出功率，η表示肖特基倍频二极管的倍频效率。
电磁波辐射源的输出频率fout可以采用如下公式计算：
fout＝fvac×n
其中，fvac表示真空电子器件的输出频率，n表示肖特基倍频二极管的倍频阶数。
图2是本发明中肖特基倍频二极管的具体实施方式结构图。如图2所示，本实施例中肖特基倍频二极管2包括依次连接的输入波导21、输入滤波器22、输入匹配电路23、肖特基二极管24、输出匹配电路25和输出波导26，其中：
输入波导21用于连接功率分配器1的输出端和输入滤波器22的输入端，将接收的电磁波传送至输入滤波器22。
输入滤波器22用于对接收的电磁波进行滤波后通过输入匹配电路23传送至肖特基二极管24，以排除噪音干扰，增加肖特基二极管的频率放大效果。
输入匹配电路23用于对肖特基二极管24的输入端进行阻抗匹配。
肖特基二极管24用于完成电磁波的频率放大并通过输出匹配电路25传送至输出波导26。
输出匹配电路25用于对肖特基二极管24的输出端进行阻抗匹配。
通过输入匹配电路23和输出匹配电路25，可以增强肖特基倍频二极管的稳定性，提高电路效率，降低非线性失真。
输出波导26用于连接输出匹配电路25和移相器3的输入端，将电磁波进行输出。
在当前许多技术领域，需要使用大功率真空电子器件，为了适应这种需求，需要提升肖特基二极管24的击穿电压，提升其可输入功率。因此本实施例肖特基二极管采用GaN材料，以提高击穿电压。
此外，本实施例中为了避免输入波导21和输出波导26之间的信号干扰，对肖特基倍频二极管2的封装方式进行了改进，并没有采用常规的直线封装方式，而是将输入波导21和输出波导26错开封装。如图2所示，本实施例中肖特基倍频二极管2的封装方式为：将输入滤波器22，输入匹配电路23，肖特基二极管24和输出匹配电路25封装为一个长方体结构，输入波导21与该长方体结构中输入一端垂直连接，输出波导26与该长方体结构中输出一端垂直连接，使得输入波导21和输出波导26错开，从而降低干扰。
此外，本实施例中设置输入波导21与输入滤波器22之间，以及输出匹配电路25和输出波导26之间的连接采用渐变波导，从而提升效率。
在输入波导21中，还可以设置一个隔离器27，用于隔离驻波振荡，从而保证电磁波辐射源的工作状态。
此外，由于引入了肖特基倍频二极管，本发明电磁波辐射源的电磁波输出装置较常规真空电子器件较长，因此可以设置一个散热装置，用于对肖特基倍频二极管进行散热，使得肖特基倍频二极管工作更稳定，以保证输出性能。
由于当前真空电子器件(如行波管、返波管)均已在200-350GHz范围获得了较大的输出功率，且可以工作在连续波和脉冲形式，所以本发明基于肖特基倍频二极管的真空电子器件的输出也是连续波和脉冲两种形式，当肖特基倍频二极管的倍频阶数n为3时，本发明真空电子器件的辐射频率能够覆盖400-1050GHz。
为了更好地说明本发明的技术效果，对本发明进行了实验验证。图3是本实施例中倍频阶数为3时肖特基倍频二极管的输入输出功率图。如图3所示，本实施例中设置N＝1，电子真空器件的输出频率为340GHz，当倍频阶数为3时，其最终输出频率为1.02THz，而肖特基倍频二极管的倍频输出功率随着输入功率的增加而增大，在实际应用中可以根据实际需要来设置电子真空器件的电磁波输出频率和功率，以及肖特基倍频二极管的倍频阶数。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (7)
1.一种基于肖特基倍频二极管的电磁波辐射源，包括真空电子器件和电磁波输出装置，其特征在于，电磁波输出装置包括功率分配器，N对肖特基倍频二极管和移相器，以及空间功率合成器，其中：
功率分配器用于将真空电子器件所产生的电磁波分成N路，并分别发送至对应的肖特基倍频二极管；
每个肖特基倍频二极管的输入波导连接功率分配器的输出端，输出波导连接对应移相器的输入端，用于对所接收的电磁波进行倍频，并将倍频后的电磁波输出至对应的移相器；
每个移相器用于分别根据空间功率合成器的需求对所接收的电磁波进行相位调整，并将调整后的电磁波输出至空间功率合成器；
空间功率合成器用于对接收到的N路电磁波进行功率合成后输出。
2.根据权利要求1所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述肖特基倍频二极管包括依次连接的输入波导，输入滤波器，输入匹配电路，肖特基二极管，输出匹配电路和输出波导，其中：
输入波导用于连接功率分配器的输出端和输入滤波器的输入端，将接收的电磁波传送至输入滤波器；
输入滤波器用于对接收的电磁波进行滤波后通过输入匹配电路传送至肖特基二极管；
输入匹配电路用于对肖特基二极管的输入端进行阻抗匹配；
肖特基二极管用于完成电磁波的频率放大并通过输出匹配电路传送至输出波导；
输出匹配电路用于对肖特基二极管的输出端进行阻抗匹配；
输出波导用于连接输出匹配电路和移相器的输入端，将电磁波进行输出。
3.根据权利要求2所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述肖特基二极管采用GaN材料。
4.根据权利要求2所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述肖特基倍频二极管的封装方式为：将输入滤波器，输入匹配电路，肖特基二极管和输出匹配电路封装为一个长方体结构，输入波导与该长方体结构中输入一端垂直连接，输出波导与该长方体结构中输出一端垂直连接。
5.根据权利要求2所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述输入波导与输入滤波器之间，以及输出匹配电路和输出波导之间的连接采用渐变波导。
6.根据权利要求2所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述输入波导中设置用于隔离驻波振荡的隔离器。
7.根据权利要求1所述的电磁波辐射源，其特征在于，所述电磁波输出装置中还包括散热装置，用于对肖特基倍频二极管进行散热。
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