一种多路磁控管频控功率功率合成微波源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，该系统包括信号源、环行器、N个磁控管、功率合成器、耦合器和负载；信号源连接环行器的一个端口，信号源的注入信号通过环行器注入N个磁控管中的任意一个，该路磁控管的输出端与环行器相连；环行器对应磁控管的输出端与功率合成器中N个端口中的任一端口相连，将磁控管输出的功率信号导入功率合成器；剩余的N

【技术实现步骤摘要】
一种多路磁控管频控功率功率合成微波源系统


[0001]本专利技术涉及微波源
，尤其涉及到一种基于单注入调频快速功率控制的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统。

技术介绍

[0002]磁控管作为微波功率器件以成本低廉和高效节能等优势，垄断了工业加热，是空间太阳能电站和超导直线加速器最有竞争力的微波功率器件，然而，磁控管功率容量受限，限制了工业应用规模，导致磁控管难以满足现代工业能源互联网的需求。多路磁控管功率合成微波源是是解决上述困境的有效途径之一。
[0003]然而，磁控管的输出特性往往比较差，最主要缺陷表现为：频率、幅度和相位的随机不可控，若简单将多个独立的磁控管进行非相干功率合成，必然会导致合成效率低，难以消除各个磁控管之间互相耦合的后果，严重影响了磁控管的可靠性和稳定性，甚至将会烧毁磁控管微波源。但若对磁控管注入一个小信号，磁控管的频率和相位可以受到外加信号控制，通常称为注入锁定技术，此时多路磁控管的输出幅度相位可以完全同步，实现高效的相干功率合成。因此，基于注入锁定的多磁控管功率合成技术是目前磁控管功率合成微波源最有效的手段。
[0004]基于单注入调频快速功率控制的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，目前尚未见到成熟的设计方案。但国际上对磁控管微波功率合成有深入的研究，现有的注入锁定多路磁控管功率合成微波源实现的技术方案可以归纳为：在微波源系统中的各个磁控管引入一个注入支路，通过多路注入锁定实现所有磁控管的同频振荡和幅度相位控制，后经过引入附加的多路相位调节，使得各个磁控管的输出幅相达到特定的条件，从而实现高效的功率合成微波源。因此，在目前的磁控管微波源系统中，多路磁控管注入锁定功率合成源必须引入多个信号源，或者同一信号源经过固态功放放大后功分为多路注入信号，提供给多个磁控管的注入支路，以实现磁控管的频率与幅相控制；而且相位调节的方式通过移相器调节注入信号的相位实现，在通过鉴相器对各个磁控管信号采样，采样信息通过中央控制器或者相位反馈环路去控制各个磁控管输出信号的相位差，从而实现高效功率合成。从而不难发现，现有的磁控管微波源技术方案中，微波源系统复杂，注入支路多，需要多路信号源或者大功率固态功率放大器，成本高，可靠性低，且外加的调相环节如：鉴相器和移相器等电子器件在高功率微波泄露的复杂电磁环境下易受干扰，产生误码造成最终微波源输出功率不稳定。加之，基于该方案的磁控管微波源系统合成输出功率调节只能通过调节阳极电压获注入信号相位，整个系统基于反馈调节系统输出功率，难以实现负载有效功率加载的快速响应。
[0005]鉴于以上现有的磁控管微波功率合成源技术中存在的缺陷，有进一步必要探索与该改进，使其更具备实用性，符合现代工业能源互联网中的实际应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种基于单注入调频快速功率控制的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，且在单注入信号前提下通过调节注入频率负载实现传输功率的快速控制，以解决上述提出的磁控管微波源系统复杂、注入支路多、成本高、可靠性差、负载功率稳定性差与难以实现快速功率控制等问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，所述系统包括信号源、环行器、N个磁控管、功率合成器、耦合器和负载；其中：
[0008]所述信号源的输出端连接环行器的一个端口，所述信号源的注入信号通过环行器注入N个磁控管中的任意一个，该路磁控管的输出端与所述环行器相连；所述环行器对应磁控管的输出端与功率合成器中N个端口中的任一端口相连，将磁控管输出的功率信号导入功率合成器；
[0009]剩余的N
‑
1个磁控管的输出端与环行器剩余的N
‑
1个端口相连，将磁控管输出功率导入功率合成器；所述功率合成器的输出端与所述耦合器相连，所述耦合器的另一个端口与负载相连。
[0010]可选的，所述信号源包括FPGA单元以及连接FPGA单元的晶振、FPGA单元、DAC单元和通信接口；其中：
[0011]所述晶振为FPGA单元提供时钟参考信号，所述通信接口与外部系统通信获取频率信息，对FPGA单元进行配置；
[0012]所述FPGA单元生成多个数字合成模块，根据频率信息获取频率码值，并产生相应的数据流输出到数据端口；
[0013]所述DAC单元根据数据端口的数据产生信号，并通过开关选择不同的频率数据。
[0014]可选的，多个数字合成模块并行处理。
[0015]可选的，在功率显示与测试时，在耦合器连接功率计或频谱仪进行测量，耦合器的采样信号反馈回信号源的FPGA单元。
[0016]可选的，所述负载产生发射功率回注磁控管，以使磁控管锁定。
[0017]可选的，所述负载与所述耦合器之间或所述耦合器与所述功率合成器端口之间设有负载功率反射控制器，用于控制负载反馈功率。
[0018]可选的，所述信号源与所述环行器之间设有功率放大器，对独立信号源输入的注入信号功率进行放大。
[0019]可选的，所述信号源与点频源混频，获得更高频的信号输出。
[0020]可选的，所述磁控管的微波源为S波段、C波段、X波段、K波段或Ka波段中的一种或多种。
[0021]可选的，所述功率合路器为径向波导功率合成器、H
‑
T组合功率合成器、E
‑
T组合合成器、弱耦合的混合环组合或弱耦合的魔T组合中的一种或多种。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]实现对部分微波负载反射功率的回收利，在一定程度上可以提高微波功率源的效率，同时整个系统微波功率组件除注入信号环行器外，都为易于维护波导的器件，成本低、寿命长且不需要额外维护，极大降低整个微波设备的建造和运行成本，符合工业降本增效的需求。
[0024]无任何外加移相单元，通过快速调频实现负载有效功率的快速控制，功率控制的速度可达纳秒级。
[0025]本专利技术提供了磁控管的输出特性，建造和运行成本低，特别适合应用现代工业高功率设备。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中基于单注入调频快速功率控制的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例中高稳定信号源的一种典型实现方式结构示意图。
[0028]附图标号说明：
[0029]1‑
高稳定信号源；2
‑
磁控管；3
‑
环行器；4
‑
N端口功率合成器；5
‑
耦合器；6
‑
负载；7
‑
FPGA单元；8
‑
第一数模转换单元；9
‑
第二数模转换单元；10
‑
通信接口与配置单元；11
‑
晶振；12
‑
调试接口；13
‑
开关。
[0030]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，其特征在于，所述系统包括信号源、环行器、N个磁控管、功率合成器、耦合器和负载；其中：所述信号源的输出端连接环行器的一个端口，所述信号源的注入信号通过环行器注入N个磁控管中的任意一个，该路磁控管的输出端与所述环行器相连；所述环行器对应磁控管的输出端与功率合成器中N个端口中的任一端口相连，将磁控管输出的功率信号导入功率合成器；剩余的N
‑
1个磁控管的输出端与环行器剩余的N
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1个端口相连，将磁控管输出功率导入功率合成器；所述功率合成器的输出端与所述耦合器相连，所述耦合器的另一个端口与负载相连。2.如权利要求1所述的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，其特征在于，所述信号源包括FPGA单元以及连接FPGA单元的晶振、FPGA单元、DAC单元和通信接口；其中：所述晶振为FPGA单元提供时钟参考信号，所述通信接口与外部系统通信获取频率信息，对FPGA单元进行配置；所述FPGA单元生成多个数字合成模块，根据频率信息获取频率码值，并产生相应的数据流输出到数据端口；所述DAC单元根据数据端口的数据产生信号，并通过开关选择不同的频率数据。3.如权利要求2所述的多路磁控管频控功率功率合成微波源系统，其特征在于，多个数字合成模块并行处理。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘臻龙，刘长军，蔡喆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：