一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器制造技术

本发明专利技术公开了一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器，属于高功率微波脉冲压缩技术领域。该器件包括双极化模式耦合器、两个球形谐振腔、两个耦合过渡结构；双极化模式耦合器包括T型结、两个标准圆波导、对称结构；球形谐振腔通过耦合过渡结构与双极化模式耦合器的标准圆波导耦合。本发明专利技术通过在双极化模式耦合器的上下并联设置两个相同的球形谐振腔，提高了整个脉冲压缩器的品质因数，从而明显提升了脉冲压缩的峰值功率增益。缩的峰值功率增益。缩的峰值功率增益。

【技术实现步骤摘要】
一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器


[0001]本专利技术属于高功率微波脉冲压缩技术，具体涉及一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器。

技术介绍

[0002]为了获得更高的功率，除了采用功率合成的方法以外，还有通过脉冲压缩来获取高功率的方法。脉冲压缩技术的主要原理是先将微波脉冲输入到储能装置中，然后再快速提取储能装置中储存的能量，以达到高功率微波脉冲输出。通过脉冲压缩可以将功率较低的长微波脉冲压缩成功率提高到数倍乃至数十倍的短微波脉冲。脉冲压缩主要分为两种：无源脉冲压缩，主要是利用信号反相来释放储能装置中的能量，该方法主要应用于加速器领域；有源脉冲压缩，主要是利用改变储能装置的微波参数，例如耦合度等来释放能量，该方法常用于高功率微波(High Power Microwave HPM)领域。
[0003]最早的无源脉冲压缩器是1973年由SLAC提出的SLED脉冲压缩器。该脉冲压缩器包括两个相同的高品质因数谐振腔和一个3dB耦合器，其原理是微波脉冲从3dB的一个端口输入，部分能量进入谐振腔后会在谐振腔建立起微波场并存储，若在输入脉冲结束之前将信号反相，谐振腔中的能量就会与反相后的信号叠加从3dB耦合器的另一个端口输出一个峰值功率很高的微波脉冲。
[0004]此后，SLED脉冲压缩器的发展朝着高效率、高峰值功率增益、紧凑型等方向发展。2018年清华大学的王平提出一种S波段的基于TE
112
模的球形谐振腔的紧凑型SLED脉冲压缩器，该装置用于清华大学的双速调管实验平台。该装置采用一个三端口的双模式圆极化耦合器代替传统的SLED脉冲压缩器中的3dB耦合器，其特点是只需要一个谐振腔，结构非常紧凑。
[0005]脉冲压缩器中的谐振腔的品质因数越高，储能能力越强。球形谐振腔的品质因数与球体半径有关，半径越大品质因数越大。如果球形谐振腔选用更高的模式，比如TE
113
，谐振腔的品质因数会更高，但是同时谐振腔的半径会变大，也就是体积会变大。并且随着谐振腔体积的增加，模式变多，模式竞争变大，导致脉冲压缩器的增益不会有明显增加，反而整个压缩系统体积过大并且效率会降低。

技术实现思路

[0006]针对现有无源脉冲压缩技术的不足，本专利技术提供了一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器。该方法在双极化模式耦合器的下方并联一个相同的球形谐振腔，通过调节上下两个圆波导的长度，使得上下两个圆波导的长度差为5/8λ
g
的整数倍。相比单个谐振腔的脉冲压缩器，该方法可以明显提升脉冲压缩的峰值功率增益以及效率。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器，其特征在于，该压缩器包括：双极化模式耦合器、两个球形谐振腔、两个耦合过渡结构。
[0009]所述双极化模式耦合器，包括T型结、两个标准圆波导、对称结构；其中，所述T型结由两个标准矩形波导和一个过模波导构成；两个所述标准圆波导对称设置于过模波导的E面；所述对称结构，用于抑制杂模，由矩形波导两侧切角、中部倒角得到，其输入端与所述过模波导的输出端连接且连接面的尺寸相同。
[0010]所述耦合过渡结构由半径渐变的过渡段和耦合圆波导段组成，所述耦合圆波导段的半径小于所述标准圆波导，所述过渡段用于将标准圆波导平滑连接到耦合圆波导段。
[0011]所述球形谐振腔通过所述耦合过渡结构与所述标准圆波导耦合。
[0012]进一步地，两个所述标准圆波导的长度差为5/8λ
g
的整数倍，λ
g
表示工作波长。
[0013]进一步地，所述标准圆波导的位置为：距离所述标准矩形波导与所述过模波导连接面的1/4λ
g
的整数倍处。
[0014]进一步地，所述T型结的中部设置有倒角，用于优化输入输出端的隔离度；两个所述标准矩形波导的H面设置有结构相同的匹配结构，用于优化反射系数。
[0015]进一步地，所述匹配结构的位置为：距离所述标准矩形波导与过模波导连接面的1/4λ
g
的整数倍处。
[0016]进一步地，所述过模波导的宽边长度介于λ
g
～1.5λ
g
之间。
[0017]T型结中，其中一个标准矩形波导作为输入端，另外一个标准矩形波导作为输出端；从输入端输入TE
10
模，在过模波导中耦合出TE
10
模和TE
20
模，然后传输到标准圆波导中转换为两种正交的TE
11
模，再经耦合过渡结构在球形谐振腔中激励起TE
112
模，最后在球形谐振腔中存储的能量经输出端输出TE
10
模。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术通过在双极化模式耦合器的上下两个标准圆波导并联两个相同的球形谐振腔的方式来提高整个脉冲压缩器的品质因数，从而可以明显提升脉冲压缩的峰值功率增益。
[0020](2)本专利技术的无源脉冲压缩器由于含有两个谐振腔，且两个谐振腔与过模波导之间的距离差为5/8λ
g
的整数倍，能够很好的将谐振腔中的杂模抑制掉，增加模式间隔，从而提升器件的效率。
[0021](3)本专利技术的输出微波脉冲衰减比单个谐振腔脉冲压缩器输出脉冲衰减慢，并且脉宽更宽，压缩效率得到显著提升。
[0022](4)本专利技术相比于采用更高模式如TE
113
的球形谐振腔来说，脉冲压缩器体积更小，结构更加紧凑。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中并联双谐振腔脉冲压缩器结构图。
[0024]图2本专利技术实施例中双极化模式耦合器结构示意图。
[0025]图3为球形谐振腔TE
112
模式场分布图。
[0026]图4为本专利技术实施例中单谐振腔与并联双谐振腔脉冲压缩器的S参数对比。(a)为单谐振腔脉冲压缩器的S参数曲线图；(b)为并联双谐振腔脉冲压缩器的S参数曲线图。
[0027]图5为本专利技术实施例中单谐振腔与并联双谐振腔脉冲压缩器的输入信号与输出信号的对比。(a)为单谐振腔脉冲压缩器的输入输出信号对比；(b)为并联双谐振腔脉冲压缩
器的输入输出信号对比。
[0028]其中：1、标准矩形波导；2、过模波导；3、标准圆波导；4、对称结构；5、耦合过渡结构；6、球形谐振腔；7、匹配结构。
具体实施方式
[0029]为了能够更清楚地说明本专利技术的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。本实施例是一个完整的S波段(2.458MHz)的并联双谐振腔脉冲压缩器。
[0030]如图1、图2所示，该双极化模式耦合器中标准矩形波导采用BJ22(a＝109.2mm,b＝54.6mm)，过模波导中包含两种模式：TE
10
和TE
20
，因此过模波导的宽边应该介于λ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器，其特征在于，该压缩器包括：双极化模式耦合器、两个球形谐振腔、两个耦合过渡结构；所述双极化模式耦合器，包括T型结、两个标准圆波导、对称结构；其中，所述T型结由两个标准矩形波导和一个过模波导构成；两个所述标准圆波导对称设置于过模波导的E面；所述对称结构，用于抑制杂模，由矩形波导两侧切角、中部倒角得到，其输入端与所述过模波导的输出端连接且连接面的尺寸相同；所述耦合过渡结构由半径渐变的过渡段和耦合圆波导段组成，所述耦合圆波导段的半径小于所述标准圆波导，所述过渡段用于将标准圆波导平滑连接到耦合圆波导段；所述球形谐振腔通过所述耦合过渡结构与所述标准圆波导耦合。2.如权利要求1所述的一种并联双球谐振腔无源脉冲压缩器，其特征在于，两个所述标准圆波导的长度差为5/8λ
g
的整数倍，λ
g
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良萍，殷勇，李海龙，王彬，蒙林，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：