高功率微波拍波发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种高功率微波拍波发生器，目的是解决现有拍波发生器功率、效率不高等不足。本发明专利技术由第一矩圆过渡、第一弯波导、第一滤波器、第一阻抗变换器、第二矩圆过渡、第二弯波导、第二滤波器、第二阻抗变换器、Y形波导结组成；第一矩圆过渡、第一弯波导、第一滤波器和第一阻抗变换器形成第一通道；第二矩圆过渡、第二弯波导、第二滤波器和第二阻抗变换器形成第二通道；第一通道、第二通道分别连接于Y形波导结的两个分支；弯波导、滤波器、阻抗变换器、和Y形波导结均为矩形过模波导。两个滤波器中分别插入两片互相平行的膜片。本发明专利技术能够维持各微波源近30％的束波相互作用效率和GW级微波输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高功率微波
的一种高功率微波拍波发生器。
技术介绍
高功率微波技术是二十世纪七十年代快速兴起的一门新技术，它是等离子体物理与脉冲功率技术相结合的产物。军事以及科学研究对更高功率、更高能量、更高频率的需求推动着这门学科发展，在短短三十年时间内，这门学科迅速成为学者们普遍关注的、具有较强工程性的交叉学科之一。与此同时，不同种类的高功率微波源被逐渐开发出来，高功率微波技术发展日趋成熟，人们逐渐发现微波源输出能力总是受到物理和技术等因素的限制， 单个高功率微波源的输出能力有限。因此，能够提升高功率微波源输出能力的多路耦合输出方法越来越受到人们的关注。为了突破物理和技术等因素的限制，利用高功率微波功率准相干合成技术实现更高功率的微波输出将是高功率微波技术发展的一个重心，一种直接有效的方法就是利用多个微波源同时作用来产生拍波，以使输出功率为单个源输出功率的 η2倍，其中η为通道数目。如果各路微波的频差较小，形成的拍波可利用高频的载波来发射低频的高功率拍波，其等效辐射功率高，另外拍波形成的场是一种随时间脉动变化的场， 若目标存在一定非线性效应，则可产生一些特殊的效果。而根据已有的实验研究，高功率微波的作用大多为非线性作用，而非线性作用的特点是可以将高频载波中的低频分量进行检波，于是，利用拍波产生相应效果所需的功率密度将大大减小，以使作用的阈值下降宋刚永，蒙林，于新华等.双频相对论返波振荡器的数值模拟.强激光与粒子束，2009 21(1) 103-107。因此，高功率微波拍波将有可能在现有的技术下使高功率微波技术实用化，具有较高的军事和民用价值。目前产生高功率微波拍波的器件，主要有两类1.利用初级源功率合成后再放大以产生高功率微波拍波。目前文献报道的有两种器件，即利用速调管放大器对初级源合成的功率进行放大方进勇，宁辉，张世龙，等.利用速调管放大器产生高功率微波拍波实验研究.物理学报，2003，52 (04) :911-913和利用行波管对初级源进行放大方进勇，李平，乔登江.利用行波管放大器产生微波波段拍波实验·国防科技大学学报，2002，Μ(04) :65-68后形成拍波的器件。2.利用单个返波管产生两列频率相近的高功率微波以形成拍波。这种器件利用返波管振荡器的跳变周期慢波结构，进行束波相互作用，以产生两列不同频率的高功率微波， 并在管内形成拍波宋刚永，蒙林，于新华等.双频相对论返波振荡器的数值模拟.强激光与粒子束，2009，21 (1) :103-107。利用速调管和行波管对初级源进行放大的器件，受到物理机制的限制，其输出功率不高，目前仅限于MW级微波的产生。另外，由于初级源的功率为W量级，因此这种准相干合成器件的功率容量不高。利用单个返波管振荡器产生两列频率相近的高功率微波的器件，由于其内部存在模式竞争，不同频率的微波也存在相互干扰，造成其束波相互作用效率不高，输出功率仍然受到物理和技术的限制。文献报道的数值模拟的效率不超过12%，功率不超过2GW。另一方面，在常规微波领域，人们利用波导滤波器组成的双工器，来实现准相干合成并形成拍波。为了提高功率容量，常常利用E面膜片滤波器。E面膜片滤波器是由矩形波导和在矩形波导中央的E面插入的一片与E面平行的金属膜片马敏，黄健，喻志远，甘体国，E面金属膜片波导滤波器的优化设计，电讯技术，2003，1 73 76构成，金属膜片每隔 λ g/2 ( λ g为工作频率下的波导波长)被挖去一部分，这样，膜片起到耦合作用，相邻膜片之间构成谐振腔。两个E面膜片滤波器和一个波导结可形成一个具有准相干合成功能的拍波发生器。然而，由于应用目的和应用领域不同，常规微波的拍波发生器内的波导结构，连续波功率容量在几十kW量级，脉冲功率容量不超过100MW，不能直接在GW级高功率系统中应用。在高功率微波领域，提高功率容量的方式是利用过模波导，然而利用过模波导会带来模式控制的困难。因此，如何设计一种既能控制模式、保持单个微波源的高效率，还具有较高功率容量的拍波发生器，是本专利技术着重解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有拍波发生器功率、效率不高等不足，提供一种能够维持各微波源近30%的束波相互作用效率和GW级微波输出功率，保证两列微波在各自的微波源内不受其他频率微波的干扰，并使输出微波成为高频载波条件下的低频调制波，微波场强加倍，微波输出功率变为单个微波源输出功率的4倍、输出功率超过4. 3GW的高功率微波拍波发生器。本专利技术的技术方案是本专利技术高功率微波拍波发生器工作于X波段，由第一矩圆过渡、第一弯波导、第一滤波器、第一阻抗变换器、第二矩圆过渡、第二弯波导、第二滤波器、第二阻抗变换器、Y形波导结组成。第一矩圆过渡、第一弯波导、第一滤波器和第一阻抗变换器形成第一通道；第二矩圆过渡、第二弯波导、第二滤波器和第二阻抗变换器形成第二通道。第一通道、第二通道分别连接于Y形波导结的两个分支。第一弯波导、第二弯波导、第一滤波器、第二滤波器、第一阻抗变换器、第二阻抗变换器和Y形波导结均为矩形过模波导。X波段工作频率在8. 20 12. 5GHz范围内的标准波导——BJ-100的尺寸为宽a =22.86_，高b = 10. 16_。然而，即使第一滤波器和第二滤波器的矩形波导截面的宽a =44mm,高b = 30mm,设计的E面膜片滤波器的功率容量也不到1GW，因此常规微波的标准波导作为主波导已不再适用于高功率微波拍波发生器的设计。因此，为提高高功率微波拍波发生器的功率容量，需要利用矩形过模波导。第一矩圆过渡、第二矩圆过渡一端为圆波导，圆波导口面尺寸为Φ62πιπι，另一端为矩形波导，矩形过模波导口面尺寸为44mmX 82mm，中间为波导渐变结构。第一弯波导、第二弯波导为H面弯波导，拐弯角度为60°，矩形过模波导口面尺寸为 44mm X 82mm。第一滤波器和第二滤波器的矩形过模波导的口面尺寸aXb为44mmX82mm，其中宽a为44mm，高b为82mm。在第一滤波器中插入第一膜片，在第二滤波器中插入第二膜片，第一膜片和第二膜片分别包含两片互相平行的膜片，第一膜片的两片膜片与第一滤波器的E面平行，第二膜片的两片膜片与第二滤波器的E面平行；第一膜片和第二膜片均为扁平铜片或银片，厚度均为Imm;插入同一个滤波器的两片膜片结构尺寸完全相同，沿微波传播方向每隔2 λ g被挖去一部分，挖去部分的高度为b ；膜片被挖去相应的部分后，形成的单节膜片宽度分别为# 和swn，η= 1,2...5, Ag为工作频率下的波导波长；对于第一滤波器，第一膜片的两片膜片的fWi = fw5 = 3. 6謹，fw2 = fw4 = 18. 7謹，fw3 = 22. 5謹，使落在9. 50-9. 65GHz范围内的微波通过；对于第二滤波器，第二膜片的两片膜片Sw1 = sw5 = 3. 3mm, sw2 = W4 = 18. 3mm, sw3 = 22. lmm,使落在9. 30-9. 42GHz范围内的微波通过两个滤波器中，第一膜片和第二膜片的两膜片之间的距离r均为15mm，两膜片关于其所在的滤波器中心线对称。为使Y形波导结的不连续性激励的高次模式能够消除，在两个滤波器和Y形波导结之间分别连接两个相同的阻抗变本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高功率微波拍波发生器，其特征在于高功率微波拍波发生器由第一矩圆过渡（８）、第一弯波导（９）、第一滤波器（１０）、第一阻抗变换器（１１）、第二矩圆过渡（１２）、第二弯波导（１３）、第二滤波器（１４）、第二阻抗变换器（１５）以及Ｙ形波导结（１６）组成；第一矩圆过渡（８）与第一弯波导（９）相连，第一弯波导（９）与第一滤波器（１０）相连，第一滤波器（１０）与第一阻抗变换器（１１）相连，形成第一通道；第二矩圆过渡（１２）与第二弯波导（１３）相连，第二弯波导（１３）与第二滤波器（１４）相连，第二滤波器（１４）与第二阻抗变换器（１５）相连，形成第二通道；第一通道和第二通道分别与Ｙ形波导结（１６）的两个支路对接；第一弯波导（９）、第二弯波导（１３）、第一滤波器（１０）、第二滤波器（１４）、第一阻抗变换器（１１）、第二阻抗变换器（１５）和Ｙ形波导结（１６）均为矩形过模波导；第一矩圆过渡（８）、第二矩圆过渡（１２）的一端为圆波导，圆波导口面尺寸为Φ６２ｍｍ，另一端为矩形过模波导，矩形过模波导口面尺寸为４４ｍｍ×８２ｍｍ，中间为波导渐变结构。第一弯波导（９）、第二弯波导（１３）为Ｈ面弯波导，两端矩形过模波导口面尺寸为４４ｍｍ×８２ｍｍ。第一滤波器（１０）和第二滤波器（１４）的矩形过模波导的口面尺寸ａ×ｂ为４４ｍｍ×８２ｍｍ，其中宽ａ为４４ｍｍ，高ｂ为８２ｍｍ；在第一滤波器（１０）中插入第一膜片（１７），在第二滤波器（１４）中插入第二膜片（１８），第一膜片（１７）和第二膜片（１８）膜片分别包含两片互相平行的膜片，第一膜片（１７）的两片膜片与第一滤波器（１０）的Ｅ面平行，第二膜片（１８）的两片膜片与第二滤波器（１４）的Ｅ面平行；插入同一个矩形波导的两片膜片结构尺寸完全相同，沿微波传播方向每隔２λｇ被挖去一部分，挖去部分的高度为ｂ；膜片被挖去相应的部分后，形成的单节膜片宽度分别为ｆｗｎ和ｓｗｎ，ｎ＝１，２．．．５，λｇ为工作频率下的波导波长；对于第一滤波器（１０），第一膜片（１７）的两片膜片的ｆｗ１＝ｆｗ５＝３．６ｍｍ，ｆｗ２＝ｆｗ４＝１８．７ｍｍ，ｆｗ３＝２２．５ｍｍ；对于第二滤波器（１４），第二膜片（１８）的两片膜片ｓｗ１＝ｓｗ５＝３．３ｍｍ，ｓｗ２＝ｗ４＝１８．３ｍｍ，ｓｗ３＝２２．１ｍｍ；第一滤波器（１０）和第二滤波器（１４）中，第一膜片（１７）的两膜片之间的距离ｒ为１５ｍｍ，两膜片关于第一滤波器的中心线对称；第二膜片（１８）的两膜片之间的距离ｒ也为１５ｍｍ，两膜片关于第二滤波器的中心线对称；在两个滤波器和Ｙ形波导结之间分别连接两个相同的阻抗变换器，第一阻抗变换器（１１）一端与第一滤波器（１０）相连，另一端与Ｙ形波导结（１６）相连；第二阻抗变换器（１５）一端与第二滤波器（１４）相连，另一端与Ｙ形波导结（１６）相连；两个阻抗变换器与滤波器连接的一端宽４４ｍｍ，与Ｙ形波导结连接的一端宽３０ｍｍ；Ｙ形波导结（１６）为一Ｙ形分叉波导，其三个端口均为矩形过模波导，矩形过模波导口面尺寸为３０ｍｍ×８２ｍｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国林，舒挺，张军，杨建华，袁成卫，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43