[发明专利]多磁控管串联微波功率合成器

说明书

技术领域

本发明涉及微波功率合成技术，属于微波器件领域，更为具体地说，是涉及一种微波功率合成器。

背景技术

微波已广泛地应用于雷达、通信、微波输能、微波加热等技术领域。随着经济技术的发展，利用微波输能、加热的领域越来越多。而利用微波输能、加热需要使用大功率的微波源器件。目前使用的大功率微波源器件，主要是大功率的磁控管，其功率可达十几千瓦，最大不超过几十千瓦。磁控管由于频率和相位会发生随机变化，无法直接进行相干功率合成，因此目前在现有技术条件下，只能以单支大功率磁控管作为大功率的微波源器件进行微波输能、加热。而现有技术的大功率磁控管，其结构都含有价格昂贵的环形器、隔离器。因此，以单支大功率磁控管作为微波源器件不足的地方，一是作为微波源器件的单支大功率磁控管价格昂贵，设备成本高；其二，由于单支磁控管的功率是确定的，而磁控管的规格又有限，因此以单支大功率磁控管作为微波输能、加热的微波源器件，很难满足生产实践提出的大功率要求。特别是在工业微波加热领域，很难满足对大功率微波元器件的要求。

发明内容

针对现有技术的大功率微波源器件存在的不足，本发明的目的旨在提供一种新的大功率微波源器件-多磁控管串联微波功率合成器，以满足生产实践对大功率微波源器件提出的需求。

本发明的思想是利用注入锁定的基本原理，即一个振荡源如果受到一个频率接近信号的影响，它的输出频率会锁定在这个注入信号的频率上，而不再是自身的自由振荡频率。本发明正是利用磁控管的这一特性提出了本发明的技术方案，实现微波功率合成，得到一种新的大功率微波源器件。

本发明提出的多磁控管串联微波功率合成器，其结构包括主要由波导体和设置在波导体上不少于2个的用于发射微波的磁控管构成，波导体在距短路终端距离为λ(n+1/4)的位置加工有与磁控管天线相匹配的不少于2个开孔，磁控管天线由开孔伸入到波导体内，用固定件将磁控管与波导体固定在一起。所述λ为波长。

在上述技术方案中，所述波导体优先采用工作频率范围覆盖微波源频率的、断面为长方形的矩形波导体。

在上述技术方案中，波导体上加工的与磁控管天线相匹配的开孔最好是垂直于波导体方向，即垂直于波导体，磁控管用固定构件与波导体垂直地固定在一起。磁控管通常是以金属片作为固定件与波导体固定在一起。所述磁控管最好设置在矩形波导体较宽一方的体面上，且最好设置在矩形波导体较宽一方体面的一条直线上。磁控管的天线一般为圆柱形天线，波导体上的开孔也相应地为圆柱孔。

在上述技术方案中，设置在波导体上的磁控管距波导短路终端的距离和两磁控管之间的距离误差不大于λ/10。

本发明提供的多磁控管串联微波功率合成器，其设计是基于发明人对微波功率合成机理深入研究完成的。当两个磁控管同时向波导体输入微波功率时，微波在波导体中产生谐振，在波导体的终端微波的边界条件相同，均为短路状态，第一个磁控管的功率会有一部分注入第二个磁控管。由于磁控管注入锁定的机理，两个磁控管的频率会达到一致。又由于两个磁控管间隔为1个波导波长(λ)，两个磁控管的相位也会达到一致。因此，两个微波磁控管源产生的微波等相位面重合，从而在输出端实现微波的功率合成，得到一个两倍于磁控管功率一个新的大功率微波源器件。

本发明通过在波导体上设置多个小功率的磁控管，利用注入锁定原理，将多支磁控管的微波频率锁定在一起，实现微波功率的合成，得到一个新的大功率微波源器件，新的微波源器件的功率大小取决于串联的磁控管数量，串联磁控管的数量越多功率越大，因此本发明的多磁控管串联微波功率合成器，能够完全满足生产实践对微波源器件提出的功率要求，功率可大可小。

本发明提供的多磁控管串联微波功率合成器，与现有技术的微波源器件磁控管相比，概括起来具有以下优点和突出的技术效果：

1.本发明利用了注入锁定的理论，可以对多支微波磁控管的微波进行锁定，提高了磁控管的工作效率，减小了频率的离散。

2.本发明的微波功率合成器微波功率容量大，利用多支磁控管实现功率合成，能够得到所需的大功率微波输出。

3.串联型微波磁控管功率合成器，基于波导的结构，形式简单，体积小，易于加工和改造。

4.成本低，无需微波大功率环形器和隔离器等昂贵器件。价格比单支大功率微波磁控管低得多。

附图说明

图1是两个磁控管的微波功率合成器的结构示意图。

图2基于波导的多磁控管串联微波功率合成原理示意图；

图3是多个磁控管的微波功率合成器的结构示意图。