全圆波导高功率容量四路功率合成器及四路功率合成方法技术

本发明专利技术属于高功率微波技术领域，具体涉及一种全圆波导高功率容量四路功率合成器及四路功率合成方法。该功率合成器包括TE11‑TE11模合成器和两个TE11模合成分支，TE11‑TE11模合成器包括两个半径为R3的输入端口S3和一个半径为R4的输出端口S4，两个输入端口S3通过融合波导与输出端口S4相连，输出端口S4的半径R4大于输入端口S3的半径R3；TE11模合成分支用于将两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11‑TE11模合成器，两个TE11模合成分支分别与TE11‑TE11模合成器的两个输入端口S3相连。本发明专利技术输入模式为圆波导TM01模式，合成输出模式为圆波导TE11模式，可直接用于连接高功率微波器件和辐射系统，系统结构简单，合成效率高。

Full circular waveguide high power capacity four circuit power synthesizer and four way power synthesis method

The invention belongs to the field of high power microwave technology, in particular to a full circular waveguide high power capacity four circuit power synthesizer and a four road power synthesis method. The power synthesizer including TE11 synthesizer TE11 mode and two TE11 mode TE11 mode TE11 synthesis branch, synthesizer includes two input ports of S3 radius of R3 and a radius of S4 R4 output port, two input ports S3 through the integration of waveguide and the output port S4 is connected, the radius R4 output port S4 R3 S3 of the radius is greater than the input port; TE11 mode synthesis branch for two TM01 model has become a way to transfer to TE11 TE11 mode and TE11 mode synthesizer, two TE11 mode synthesis branch respectively with TE11 TE11 mode synthesizer two input ports connected to S3. The input mode of the invention is circular waveguide TM01 mode, and the output mode is circular waveguide TE11 mode. It can be directly used to connect high power microwave devices and radiation systems. The system structure is simple and the synthesis efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
全圆波导高功率容量四路功率合成器及四路功率合成方法
本专利技术属于高功率微波
，具体涉及一种全圆波导高功率容量四路功率合成器及四路功率合成方法。
技术介绍
高功率微波在国防和民用上具有广阔的应用前景，世界各国正在争相大力发展高功率微波技术。提高输出微波功率是高功率微波技术的一个重要发展方向。受物理结构和材料限制，单个高功率微波器件产生的微波功率有限。利用合成器进行通道合成是提高输出微波功率的一个有效途径。2016年LetianGuo等人提出了一种四路功率合成器(Compacthigh-powermicrowavedividerandcombiner[J],LetianGuo,ChaoChang,WenhuaHuang,YanshengLiu,YibingCao,ChunliangLiu,andJunSun,ReviewofScientificInstruments,vol.87,024702,2016)。如图1所示，该四路功率合成器可以将由位于图中下方的四个矩形端口1输入的四路矩形TE10模合成为位于上方的圆形端口2的一路圆波导TM01模。该合成器存在以下问题：一、由于采用了矩形波导，该合成器功率容量为5.2GW，而现在单个高功率微波器件产生的功率就达到了4-5GW的水平，因此该合成器难以满足当前的应用需求；二、高功率微波器件通常的产生模式为圆波导TM01模，传输到辐射系统的模式通常为圆波导TE11模，而该合成器输入模式为矩形TE10模，输出模式为圆波导TM01模，因此应用该合成器还需要另外加入将圆波导TM01模转换为矩形波导TE10模、以及将圆波导TM01模转换为圆波导TE11模的模式变换器，增加了系统复杂性，降低了系统效率。
技术实现思路
本专利技术目的是提供了一种全圆波导高功率容量四路功率合成器及四路功率合成方法，解决了现有的功率合成器功率容量低、系统复杂的技术问题。本专利技术的技术解决方案是：一种全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特殊之处在于：包括TE11-TE11模合成器和两个TE11模合成分支，所述TE11-TE11模合成器包括两个半径为R3的输入端口S3和一个半径为R4的输出端口S4，两个输入端口S3通过融合波导与输出端口S4相连，输出端口S4的半径R4大于输入端口S3的半径R3；所述TE11模合成分支用于将两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11-TE11模合成器，两个TE11模合成分支分别与TE11-TE11模合成器的两个输入端口S3相连。进一步地，上述TE11模合成分支包括TM01-TE11模合成器和渐变波导；所述TM01-TE11模合成器包括两个半径为R1的输入端口S1、两个第一过渡波导、两个第二过渡波导和一个半径为R1的输出端口S2，每个输入端口S1均通过依次连接的第一过渡波导和第二过渡波导与输出端口S2相连；第一过渡波导和第二过渡波导均是半径为R1的弯曲波导，第一过渡波导和第二过渡波导的弯曲方向相反；两个第二过渡波导在与输出端口S2的连接处平滑过渡并融合；所述渐变波导的半径由输入端的R1渐变至输出端的R3，R3大于R1；渐变波导的输入端与TE11模合成分支的输出端口S2相连，渐变波导的输出端与TE11-TE11模合成器的输入端口S3相连。进一步地，上述渐变波导包括沿微波传输方向依次设置的第一渐变波导、转向波导和第二渐变波导；所述第一渐变波导的半径由输入端的R1渐变至输出端的R2，R2大于R1；所述转向波导的微波输入方向垂直于微波输出方向，转向波导的半径为R2；所述第二渐变波导的半径由输入端的R2渐变至输出端的R3，R3大于R2。进一步地，上述第一过渡波导的曲率半径C1、第二过渡波导的曲率半径C2以及转向波导的曲率半径C3均大于微波波长λ的10倍。进一步地，上述第一过渡波导的弯曲角度θ1和第二过渡波导的弯曲角度θ2满足关系25°﹤θ1＝θ2﹤45°。进一步地，上述第一渐变波导与第二渐变波导的长度相同。本专利技术还提供一种基于以上任一所述的全圆波导高功率容量四路功率合成器的四路功率合成方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)一个TE11模合成分支将两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11-TE11模合成器的一个输入端口S3，另一个TE11模合成分支将另外两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11-TE11模合成器的另一个输入端口S3；2)两路TE11模由两个输入端口S3进入TE11-TE11模合成器后合成为一路TE11模并由TE11-TE11模合成器的输出端口S4进行输出。进一步地，步骤1)包括以下步骤：1.1)将两路TM01模分别输入至一个TM01-TE11模合成器的两个输入端口S1内，将另外两路TM01模分别输入至另一个TM01-TE11模合成器的两个输入端口S1内；1.2)TM01-TE11模合成器将两路TM01模合成为一路TE11模，并通过输出端口S2输出；1.3)由输出端口S2输出的TE11模经过渐变波导传输至TE11-TE11模合成器的一个输入端口S3。进一步地，步骤1.3包括以下步骤：1.3.1)由输出端口S2输出的TE11模经过第一渐变波导传输至转向波导；1.3.2)转向波导将TE11模方向旋转90°；1.3.3)方向旋转后的TE11模经过第二渐变波导传输至TE11-TE11模合成器的一个输入端口S3。进一步地，步骤1)中用于合成一路TE11模的两路TM01模是两路幅度相同、相位相差180°的TM01模；步骤2)中由两个输入端口S3输入的两路TE11模是幅度和相位均相同的两路TE11模。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用全圆波导结构，并且整体的圆波导半径由输入端向输出端逐渐增大，具有非常高的功率容量。而且本专利技术输入模式为圆波导TM01模式，合成输出模式为圆波导TE11模式，可直接用于连接高功率微波器件和辐射系统，系统结构简单，合成效率高。附图说明图1为现有技术中的四路功率合成器结构示意图。图2为本专利技术全圆波导高功率容量四路功率合成器的较佳实施例结构示意图。图3为本专利技术TM01-TE11模合成器结构示意图。图4为本专利技术第一渐变波导结构示意图。图5为本专利技术转向波导结构示意图。图6为本专利技术第二渐变波导结构示意图。图7为本专利技术融合波导结构示意图。图8为本专利技术模拟场分布示意图。图9为本专利技术四路功率合成器的合成效率示意图。其中，附图标记如下：1-矩形端口，2-圆形端口，3-TM01-TE11模合成器，4-第一渐变波导，5-转向波导，6-第二渐变波导，7-TE11-TE11模合成器，8-融合波导，9-第一过渡波导，10-第二过渡波导。具体实施方式本专利技术提供了一种全圆波导高功率容量四路功率合成器，如图2所示，其较佳实施例的结构包括TE11-TE11模合成器7和两个TE11模合成分支。TE11模合成分支由TM01-TE11模合成器3和渐变波导构成，渐变波导又包括沿微波传输方向依次设置的第一渐变波导4、转向波导5和第二渐变波导6。如图3所示，TM01-TE11模合成器3包括两个半径为R1的输入端口S1、两个第一过渡波导9、两个第二过渡波导10和一个半径为R1的输出端口S2，每个输入端口S1均通过依次连接的第一过渡波导9和第二过渡波导10与输出端口S2相连；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特征在于：包括TE11‑TE11模合成器和两个TE11模合成分支，所述TE11‑TE11模合成器包括两个半径为R3的输入端口S3和一个半径为R4的输出端口S4，两个输入端口S3通过融合波导与输出端口S4相连，输出端口S4的半径R4大于输入端口S3的半径R3；所述TE11模合成分支用于将两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11‑TE11模合成器，两个TE11模合成分支分别与TE11‑TE11模合成器的两个输入端口S3相连。

【技术特征摘要】
1.一种全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特征在于：包括TE11-TE11模合成器和两个TE11模合成分支，所述TE11-TE11模合成器包括两个半径为R3的输入端口S3和一个半径为R4的输出端口S4，两个输入端口S3通过融合波导与输出端口S4相连，输出端口S4的半径R4大于输入端口S3的半径R3；所述TE11模合成分支用于将两路TM01模合成为一路TE11模并传输至TE11-TE11模合成器，两个TE11模合成分支分别与TE11-TE11模合成器的两个输入端口S3相连。2.根据权利要求1所述的全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特征在于：所述TE11模合成分支包括TM01-TE11模合成器和渐变波导；所述TM01-TE11模合成器包括两个半径为R1的输入端口S1、两个第一过渡波导、两个第二过渡波导和一个半径为R1的输出端口S2，每个输入端口S1均通过依次连接的第一过渡波导和第二过渡波导与输出端口S2相连；第一过渡波导和第二过渡波导均是半径为R1的弯曲波导，第一过渡波导和第二过渡波导的弯曲方向相反；两个第二过渡波导在与输出端口S2的连接处平滑过渡并融合；所述渐变波导的半径由输入端的R1渐变至输出端的R3，R3大于R1；渐变波导的输入端与TE11模合成分支的输出端口S2相连，渐变波导的输出端与TE11-TE11模合成器的输入端口S3相连。3.根据权利要求2所述的全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特征在于：所述渐变波导包括沿微波传输方向依次设置的第一渐变波导、转向波导和第二渐变波导；所述第一渐变波导的半径由输入端的R1渐变至输出端的R2，R2大于R1；所述转向波导的微波输入方向垂直于微波输出方向，转向波导的半径为R2；所述第二渐变波导的半径由输入端的R2渐变至输出端的R3，R3大于R2。4.根据权利要求3所述的全圆波导高功率容量四路功率合成器，其特征在于：所述第一过渡波导的曲率半径C1、第二过渡波导的曲率半径C2以及转向波导的曲率半径C3均大于微波波长λ的10倍。5.根据权利要求4所述的全圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖仁珍，邓昱群，宋志敏，李佳伟，孙钧，陈昌华，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61