[发明专利]一种大功率磁控管频谱改善装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种大功率磁控管频谱改善装置、系统及方法，属于微波技术领域，包括波导、单向环形部件和耦合部件；所述波导左端设有电磁波输入端口，右端设有输出端口，且波导上下侧为宽壁；所述单向环形部件位于波导内部；所述单向环形部件用于改变波导内的磁场使电磁波单向传输；所述耦合部件用于耦合一部分输出端口的电磁波，并将其注入到输入端口中。本发明的大功率磁控管频谱改善装置、系统及方法，通过自注入锁定技术可以有效改善磁控管自由振荡状态下存在的输出信号频谱特性差等问题，极大地拓展了磁控管的应用潜力。本发明能有效解决现有的注入锁定技术成本高、系统复杂等问题。

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种大功率磁控管频谱改善装置、系统及方法。

背景技术

近年来，微波能的应用逐渐得到认可与普及。相比传统的煤炭、石油等化石燃料而言，微波能更加的清洁和高效，在食品解冻、工业干燥、材料合成、微波等离子体和金刚石沉积等应用中展现出巨大的应用潜力。与此同时，更多的行业也对低成本、高效率的大功率微波源提出了新的要求。

磁控管作为广泛使用的真空微波器件之一，其输出功率大、成本低，即使体积小、质量轻，其输出功率依然可以达到千瓦级别，目前仍然是一种重要的工业微波源。但是磁控管也存在一些问题，其自由振荡状态下的输出频谱稳定性差、输出相位随机。磁控管的输出频谱差会使得磁控管在实际应用过程中无法通过EMC标准或应用效果不理想，例如，在高端MPCVD系统中，磁控管作为最核心的器件之一，如果磁控管频谱不稳定，会使得部分能量耗散，导致效果不理想。

现有技术中，一般通过注入锁定技术改善磁控管的输出特性。磁控管注入锁定技术是指通过环形器等微波器件，将一个频率、相位稳定性更高的小功率信号通过磁控管的输出天线耦合注入到磁控管内部的谐振腔内，在谐振腔内，小功率信号和高频场通过复杂的驻波互作用影响磁控管阴极所释放电子的运动轨迹，进而改变磁控管自由振荡状态下的输出信号特性。通过注入锁定技术，磁控管在自由振荡状态下的输出频率将会被牵引至频率接近的小功率信号的频率上，并且输出频谱特性会更加的稳定。除此以外，磁控管输出信号与小功率信号之间的相位差通过注入锁定也可以变得更加稳定。但是，现有的注入锁定方式存在的问题是：一是通过信号较为纯净的外部固态源作为注入源进行注入锁定，而固态源价格昂贵，这使得整套设备的成本大幅度提高；二是现有的注入锁定方式所用到的结构较多，系统比较复杂。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种大功率磁控管频谱改善装置、系统及方法，拟解决现有的注入锁定技术成本高、系统复杂等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁控管频谱改善装置，包括波导、单向环形部件和耦合部件；所述波导左端设有电磁波输入端口，右端设有输出端口，且波导上下侧为宽壁；所述单向环形部件位于波导内部；所述单向环形部件用于改变波导内的磁场使电磁波单向传输；所述耦合部件用于耦合一部分输出端口的电磁波，并将其注入到输入端口中。

进一步的，所述耦合部件包括耦合孔、同轴线和注入孔；所述耦合孔、同轴线和注入孔依次连接。

进一步的，所述耦合孔设置在波导右端上表面宽壁上；所述注入孔设置在波导前端上表面宽壁上。

进一步的，所述波导后侧面向波导内部弯折。

进一步的，所述波导左右两端设有法兰。

一种大功率磁控管频谱改善系统，包括磁控管、磁控管频谱改善装置、环形器和负载；所述磁控管的输出端连接有磁控管频谱改善装置；所述磁控管频谱改善装置用于耦合一部分磁控管发射出的电磁波，对磁控管自注入锁定；所述磁控管频谱改善装置的输出端连接有环形器；所述环形器的一端与负载相连接。

一种大功率磁控管频谱改善方法，包括以下步骤：

S1：磁控管发射出电磁波，通过电磁波输入端口输入到磁控管频谱改善装置中；