[发明专利]一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，具体是指一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器。

背景技术

从高功率微波的效应角度来看，窄谱HPM和超宽谱HPM各有特点：窄谱高功率微波频谱功率密度高，仅针对已知工作频率的效应目标具有很好效果；而超宽谱微波对未知工作频率或者变频工作的效应目标可以完整覆盖，但功率密度较小，效应阈值需要非常高的瞬时功率。正是针对以上窄谱和超宽谱微波优、劣势的比较，提出了介于窄谱与超宽谱之间，并且兼顾两者优势的宽谱高功率微波概念。图1为典型效应物内部与四个方向照射平面波的耦合系数曲线，可以看出，耦合系数在频率大于1GHz范围内都比较小，而在100MHz－800MHz频率范围内都比较高，图中也给出了三种电磁脉冲的频谱分布，其中宽谱微波不仅覆盖了耦合系数较高的区域，而且具有较高的谱功率密度。

高功率宽谱四分之一波长开关振荡器用来产生高功率宽谱微波，它由环形开关、四分之一波长同轴振荡腔、耦合器所组成。其中环形开关位于同轴内芯与外筒之间，环形开关的内芯一端接高压脉冲,一端接四分之一波长同轴振腔的内筒; 四分之一波长同轴振荡腔设计为低阻抗结构,用来实现对馈入高功率能量的储存;耦合器位于同轴振荡腔与输出同轴线之间,其作用是调节四分之一波长同轴振荡腔的Q值,并隔离高压充电脉冲直接加到辐射天线上。

目前国内外同类技术多属于概念设计，产生功率较低,开关为单点导通，多采用在振荡腔侧面充电,振荡腔与同轴输出线直接相联,充电时高电压同时加载在天线和馈线上，不利于天线的功率容量设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，解决目前国际上传统宽谱谐振器侧面充电和充电时天线也同时加载高压的难题，实现了输出脉冲带宽可通过设计耦合器耦合系数来控制，可实现高功率宽谱微波输出

本发明采用的技术方案：一种高功率宽谱四分之一波长开关振荡器，由环形开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器组成；所述环形开关内部设置有一根同轴内芯，所述同轴内芯一端与脉冲功率源同轴结构连接，另一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输入端；所述耦合器内设置有耦合同轴内芯，耦合同轴内芯的一端连接四分之一波长振荡腔的同轴输出端，另一端为耦合输出端。

在上述技术方案中，所述同轴内芯的输入端设置有若干个连接点，每一个连接点上设置有密封圈和环形金属片。

在上述技术方案中，所述环形开关与四分之一波长同轴振荡腔连接处设置有紧固螺钉，所述紧固螺钉的位置可调。

在上述技术方案中，所述耦合器的外壳为锥形结构。

在上述技术方案中，所述耦合器内设置有集中电容，所述集中电容设置在耦合同轴内芯与四分之一波长同轴振荡腔的输出端之间。

在上述技术方案中，所述环形开关、四分之一波长同轴振荡腔和耦合器的内部均为密封腔体，且腔体之间相通，且腔体内充有高压绝缘氮气。

在上述技术方案中，所述四分之一波长同轴振荡腔的输入端与输出端的位置均为同轴水平设置。

在本方案中，高功率宽谱振荡器可以工作在200MHz～800MHz，从左边馈入的高功率脉冲，对四分之一波长同轴振荡腔充电，设计充电到峰值电压时，环形开关导通，产生一个阶跃脉冲向耦合器端传播，经耦合器和环形开关的来回反射形成谐振，同时通过耦合器与同轴输出端输出衰减振荡的宽带脉冲,最后振荡脉冲由同轴传输线馈入到天线辐射。为了实现高功率宽谱微波产生，根据国内外同行同类技术存在的优缺点，采用了同轴馈入、多通道开关导通和耦合输出的技术路线。以往同类技术路线多采用侧馈、单通道开关和同轴谐振腔与天线直接相连的方式。这种技术路线适用于较低功率的宽谱微波产生，当功率提高时，侧方充电馈入口必需开较大的尺寸,否则会产生高压打火。但较大的馈入口,会产生宽谱微波泄漏；同时较大的馈入口会影响开关电场分布,不利于开关的稳定导通；开关单点导通会产生较大的通道电感和电阻不利于较高频率宽谱微波的产生；同轴谐振腔直接与天线相连，使得充电电压直接加到天线上，不利于天线的绝缘设计。为了解决高功率宽谱微波的产生，系统总体设计采用同轴馈入，馈入同轴内芯作为环形开关的高压电极。设计多通道开关导通，便于减小通道开关电感和增大谐振腔储能；采用集中电容与分布电感相结构的耦合器设计，防止充电高压直接加到天线上，减轻天线的绝缘设计难度。在谐振腔与天线之间引入耦合器，可在保持同轴谐振器和天线的阻抗固定的情况下，可以通过设计耦合器的散射系数，得到不同带宽的宽谱微波。