[发明专利]微波功率分配器、合成器以及分配合成器

说明书

技术领域

本发明涉及微波处理技术领域，具体而言，涉及一种微波功率分配器、微波功率合成器以及一种微波功率分配合成器。

背景技术

高功率微波(HPM)一般是指频率在300MHz到300GHz，脉冲功率超过100MW或平均功率在1MW的电磁辐射。HPM系统是该相干电磁辐射产生、传输以及发射系统。主要应用包括：(1)通过电子回旋共振机制对受控热核等离子体加热；(2)用于高功率短脉冲雷达，实现较宽频带下精确分辨被探测和跟踪的目标；(3)为地球和太空之间传输能量；为宇宙飞船发射到太空轨道或者轨道之间变换提供能量；(4)用于高能粒子射频加速器，进行高能物理、核物理科学研究；(5)用于HPM定向能武器。高功率容量的微波具有高的电磁场能量密度，高幅度的电磁场容易在传输和发射系统发生微波击穿，更具体地讲，是微波触发的等离子体雪崩。

考虑到击穿限制和微波源的成本，微波源的输出功率总是有限的。高功率容量的微波合成器实现不同微波源输出功率的合成，提高了传输和发射功率，而并不增加微波源的压力。同时，多路微波共用一部天线辐射，能减少天线数量。

近些年来国际上公开发表的高功率容量的微波合成器中，典型的有耦合两个正交极化的TE11模式到同一波导中的合成器，通过过模矩形波导耦合两个比较靠近频率的高功率拍波合成器，以及基于过模圆波导滤波器结构的合成器，但是上述几种合成器均存在共同缺点，即体积庞大而功率容量却有限，不同端口之间的隔离度难以得到保障，反射系数又较高，对微波合成造成诸多不良影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提高波导微波合成过程中的功率容量，并保证较高的隔离度，以及降低反射系数，提高微波合成的效果。

为此目的，本发明提出了一种微波功率分配器，包括：第一圆波导，与第三圆波导相连，用于接收微波，并将所述微波传输至所述第三圆波导；第二圆波导，与所述第三圆波导相连，并维持短路状态；所述第三圆波导，与第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导分别相连，用于将接收到的微波转换为功率相等、相位相同的两束微波，分别传输至所述第一矩波导和所述第二矩波导；其中，所述第一圆波导、第二圆波导和第三圆波导为TM01模式圆波导，所述第一圆波导、第二圆波导和第三圆波导共轴线，所述第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导为TE10模式矩波导，所述第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导之间夹角均为120°，且所述第三矩波导维持短路状态。

优选地，所述第一圆波导的半径为15mm，高度大于30mm。

优选地，所述第二圆波导的半径为20mm，高度为10mm。

优选地，所述第三圆波导与所述第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导的高度相同，且半径为26mm。

优选地，所述第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导的长度为31.3mm，宽度为15.5mm，所述第三矩波导的短路面距离所述第三圆波导的轴线28mm。

优选地，所述第一圆波导与所述第三圆波导之间的倒角半径为8mm，所述第二圆波导与所述第三圆波导之间的倒角半径为5mm，所述第一矩波导、第二矩波导和第三矩波导与所述第三圆波导之间的倒角半径均为2mm。

本发明还提出了一种微波功率合成器，包括：第四圆波导，与第六圆波导相连，用于输出来自所述第六圆波导的微波；第五圆波导，与所述第六圆波导相连，并维持短路状态；所述第六圆波导，与第五矩波导、第六矩波导、第七矩波导和第八矩波导分别相连，用于接收来自第五矩波导、第六矩波导、第七矩波导和第八矩波导的四束功率相等、相位相同的TE10模式微波，所述四束TE10模式微波激励得到幅值相等、相位相反的四束TE11模式微波，所述四束TE11模式微波相消，并激励得到幅值相等、相位相同的两束TM01模式微波，所述两束TM01模式微波相叠加，得到一束TM01模式微波，将叠加得到TM01模式微波发送至所述第四圆波导；其中，所述第四圆波导、第五圆波导和第六圆波导为TM01模式圆波导，所述第四圆波导、第五圆波导和第六圆波导共轴线，且第五矩波导、第六矩波导、第七矩波导和第八矩波导为TE10模式矩波导，所述第五矩波导、第六矩波导、第七矩波导和第八圆波导之间夹角均为90°。

优选地，所述第四圆波导的半径为16.2mm，高度大于30mm。

优选地，所述第五圆波导的半径为23mm，高度为13mm。

优选地，所述第六圆波导与所述第五矩波导、第六矩波导、第七矩波导和第八矩波导的高度相同，且半径为28mm。