一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，由环形开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器组成；通过对四分之一波长振荡器特性阻抗、开关、微波输出形式、高压脉冲馈入方式以及结构的特别设计，产生高功率宽谱微波振荡，通过耦合器馈入到天线上，通过天线辐射在空间产生高功率宽谱微波辐射；本实用新型专利技术采用同轴耦合输出结构，可以阻断充电电压直接加到天线，从而降低天线功率容量的设计难度；同时通过对耦合器的合理设计可以调节谐振器的Q值。采用同轴直馈方式，使得充电内杆可同时作为开关的电极，开关导通同时即将谐振腔封闭，避免了国际上同类宽谱谐振器从侧面充电造成微波泄露的不足，结构更为简单紧凑。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器
本技术涉及高功率微波
，具体是指一种高功率宽谱四分之一波长开 关振荡器。
技术介绍
从高功率微波的效应角度来看，窄谱HPM和超宽谱HPM各有特点：窄谱高功率微 波频谱功率密度高，仅针对已知工作频率的效应目标具有很好效果；而超宽谱微波对未 知工作频率或者变频工作的效应目标可以完整覆盖，但功率密度较小，效应阈值需要非常 高的瞬时功率。正是针对以上窄谱和超宽谱微波优、劣势的比较，提出了介于窄谱与超宽 谱之间，并且兼顾两者优势的宽谱高功率微波概念。图1为典型效应物内部与四个方向 照射平面波的耦合系数曲线，可以看出，耦合系数在频率大于1GHz范围内都比较小，而在 100MHz - 800MHz频率范围内都比较高，图中也给出了三种电磁脉冲的频谱分布，其中宽谱 微波不仅覆盖了耦合系数较高的区域，而且具有较高的谱功率密度。 高功率宽谱四分之一波长开关振荡器用来产生高功率宽谱微波，它由环形开关、 四分之一波长同轴振荡腔、耦合器所组成。其中环形开关位于同轴内芯与外筒之间，环形开 关的内芯一端接高压脉冲，一端接四分之一波长同轴振腔的内筒；四分之一波长同轴振荡 腔设计为低阻抗结构，用来实现对馈入高功率能量的储存；耦合器位于同轴振荡腔与输出 同轴线之间，其作用是调节四分之一波长同轴振荡腔的Q值，并隔离高压充电脉冲直接加 到辐射天线上。 目前国内外同类技术多属于概念设计，产生功率较低，开关为单点导通，多采用 在振荡腔侧面充电，振荡腔与同轴输出线直接相联，充电时1?电压同时加载在天线和馈线 上，不利于天线的功率容量设计。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，解决目前国 际上传统宽谱谐振器侧面充电和充电时天线也同时加载高压的难题，实现了输出脉冲带宽 可通过设计耦合器耦合系数来控制，可实现高功率宽谱微波输出 本技术采用的技术方案：一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，由环形 开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器组成；所述环形开关内部设置有一根同轴内芯，所 述同轴内芯一端与脉冲功率源同轴结构连接，另一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输入 端；所述耦合器内设置有耦合同轴内芯，耦合同轴内芯的一端连接四分之一波长振荡腔的 同轴输出端，另一端为f禹合输出端。 在上述技术方案中，所述同轴内芯的输入端设置有若干个连接点，每一个连接点 上设置有密封圈和环形金属片。 在上述技术方案中，所述环形开关与四分之一波长同轴振荡腔连接处设置有紧固 螺钉，所述紧固螺钉的位置可调。 在上述技术方案中，所述耦合器的外壳为锥形结构。 在上述技术方案中，所述耦合器内设置有集中电容，所述集中电容设置在耦合同 轴内芯与四分之一波长同轴振荡腔的输出端之间。 在上述技术方案中，所述环形开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器的内部均 为密封腔体，且腔体之间相通，且腔体内充有高压绝缘氮气。 在上述技术方案中，所述四分之一波长同轴振荡腔的输入端与输出端的位置均为 同轴水平设置。 在本方案中，高功率宽谱振荡器可以工作在200MHz?800MHz，从左边馈入的高功 率脉冲，对四分之一波长同轴振荡腔充电，设计充电到峰值电压时，环形开关导通，产生一 个阶跃脉冲向耦合器端传播，经耦合器和环形开关的来回反射形成谐振，同时通过耦合器 与同轴输出端输出衰减振荡的宽带脉冲，最后振荡脉冲由同轴传输线馈入到天线辐射。为 了实现高功率宽谱微波产生，根据国内外同行同类技术存在的优缺点，采用了同轴馈入、多 通道开关导通和耦合输出的技术路线。以往同类技术路线多采用侧馈、单通道开关和同轴 谐振腔与天线直接相连的方式。这种技术路线适用于较低功率的宽谱微波产生，当功率提 高时，侧方充电馈入口必需开较大的尺寸，否则会产生高压打火。但较大的馈入口，会产 生宽谱微波泄漏；同时较大的馈入口会影响开关电场分布，不利于开关的稳定导通；开关 单点导通会产生较大的通道电感和电阻不利于较高频率宽谱微波的产生；同轴谐振腔直接 与天线相连，使得充电电压直接加到天线上，不利于天线的绝缘设计。为了解决高功率宽谱 微波的产生，系统总体设计采用同轴馈入，馈入同轴内芯作为环形开关的高压电极。设计多 通道开关导通，便于减小通道开关电感和增大谐振腔储能；采用集中电容与分布电感相结 构的稱合器设计，防止充电高压直接加到天线上，减轻天线的绝缘设计难度。在谐振腔与天 线之间引入耦合器，可在保持同轴谐振器和天线的阻抗固定的情况下，可以通过设计耦合 器的散射系数，得到不同带宽的宽谱微波。 在本方案中，环形开关设计为同轴结构，开关内芯左边接高压充电杆，右边接四分 之一波长振荡腔。当充电电压上升到一定幅度时，环形开关的环形地电极与同轴内芯高压 电极导通，环形开关的结构保证实现多通道导通。通过精细加工及安装可以保证环形开关 的同心度。开关腔内充高气压的绝缘氮气，采用氮气有利于开关以较高重频运行和增加环 形开关的导通电压。通过调节气压及开关间距，可以实现较好的多通道导通，多通道导通可 以降低开关电感，以利于振荡器工作在较高的频率。环形开关的另一个用用是当振荡器产 生振荡后，开关导通后产生的较小的间隔可以阻断振荡微波向左泄漏到脉冲源一端，有利 于提高宽谱微波产生效率。 在本方案中，采用低阻抗四分之一波长同轴传输线设计，考虑到环形开关的导通 电感及同轴结构的端头效应，同轴谐振器的实际长度要稍小于四分之一宽谱微波中心频率 对应波长的长度。设计时同轴谐振腔的电容要与脉冲功率源的输出电容相匹配设计，以期 达到较高的充电效率；在同轴谐振腔的特性阻抗设计时还要考虑腔内的功率容量和电场分 布。要求谐振腔内不产生高压放电，同时要求谐振腔内的电场强度要明显小于环形开关处 的电场强度，以确保导通放电产生于开关处。同轴谐振腔内采用高压气体绝缘，谐振腔与环 形开关腔相通。 本方案中，耦合器采用集中电容与分布电感相结合设计方案，集中电容由绝缘材 料介质块提供，分布电感由锥形同轴结构的外筒与内芯提供。利用了电容高通与电感低通 的特性，根据所产生的宽谱微波频率和带宽要求，优化设计集中电容与分布电感的结构参 数。可以在所要求的带宽内，实现较为平坦的耦合输出，同时对于带宽以外的低频产生较大 的抑制作用。 综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：本技术的 开关振荡器低阻抗、谐振充电效率高、采用环形多通道开关设计，以减小开关导通电感和电 阻，使谐振器可以振荡在较高频率、采用同轴耦合输出结构，可以阻断充电电压直接加到天 线，从而降低天线功率容量的设计难度；同时通过对耦合器的合理设计可以调节谐振器的 Q值；采用同轴直馈方式，使得充电内杆可同时作为开关的电极，开关导通同时即将谐振腔 封闭，避免了国际上同类宽谱谐振器从侧面充电造成微波泄露的不足，结构更为简单紧凑。 将高功率容量设计与谐振器的低阻抗要求相结合，优化了腔内电场分布，可实现较高功率 的宽谱振荡重频脉冲输出，并在应用实验中稳定运行。 【附图说明】 本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中： 图1是本技术的结构示意图； 图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，其特征在于由环形开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器组成；所述环形开关内部设置有一根同轴内芯，所述同轴内芯一端与脉冲功率源同轴结构连接，另一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输入端；所述耦合器内设置有耦合同轴内芯，耦合同轴内芯的一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输出端，另一端为耦合输出端。

【技术特征摘要】
1. 一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，其特征在于由环形开关、四分之一波长 同轴振荡腔和耦合器组成；所述环形开关内部设置有一根同轴内芯，所述同轴内芯一端与 脉冲功率源同轴结构连接，另一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输入端；所述耦合器内 设置有f禹合同轴内芯，f禹合同轴内芯的一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输出端，另一 端为f禹合输出端。2. 根据权利要求1所述的一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，其特征为所述同 轴内芯的输入端设置有若干个连接点，每一个连接点上设置有密封圈和环形金属片。3. 根据权利要求2所述的一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，其特征为所述环 形开关与四分之一波长同轴振荡腔连接处设置有紧固螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖勇，徐刚，谢平，张晋琪，陆巍，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51