專利名稱：多磁控管串聯(lián)微波功率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波功率合成技術(shù)，屬于微波器件領(lǐng)域，更為具體地說，是涉及一種微波功率合成器。
背景技術(shù)：
微波已廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)、通信、微波輸能、微波加熱等技術(shù)領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，利用微波輸能、加熱的領(lǐng)域越來越多。而利用微波輸能、加熱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，其功率可達(dá)十幾千瓦，最大不超過幾十千瓦。磁控管由于頻率和相位會發(fā)生隨機(jī)變化，無法直接進(jìn)行相干功率合成，因此目前在現(xiàn)有技術(shù)條件下，只能以單支大功率磁控管作為大功率的微波源器件進(jìn)行微波輸能、加熱。而現(xiàn)有技術(shù)的大功率磁控管，其結(jié)構(gòu)都含有價(jià)格昂貴的環(huán)形器、隔離器。因此，以單支大功率磁控管作為微波源器件不足的地方，一是作為微波源器件的單支大功率磁控管價(jià)格昂貴，設(shè)備成本高；其二，由于單支磁控管的功率是確定的，而磁控管的規(guī)格又有限，因此以單支大功率磁控管作為微波輸能、加熱的微波源器件，很難滿足生產(chǎn)實(shí)踐提出的大功率要求。特別是在工業(yè)微波加熱領(lǐng)域，很難滿足對大功率微波元器件的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的大功率微波源器件存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種新的大功率微波源器件-多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，以滿足生產(chǎn)實(shí)踐對大功率微波源器件提出的需求。本發(fā)明的思想是利用注入鎖定的基本原理，即一個振蕩源如果受到一個頻率接近信號的影響，它的輸出頻率會鎖定在這個注入信號的頻率上，而不再是自身的自由振蕩頻率。本發(fā)明正是利用磁控管的這一特性提出了本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)微波功率合成，得到一種新的大功率微波源器件。本發(fā)明提出的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其結(jié)構(gòu)包括主要由波導(dǎo)體和設(shè)置在波導(dǎo)體上不少于2個的用于發(fā)射微波的磁控管構(gòu)成，波導(dǎo)體在距短路終端距離為λ (η+1/4)的位置加工有與磁控管天線相匹配的不少于2個開孔，磁控管天線由開孔伸入到波導(dǎo)體內(nèi)，用固定件將磁控管與波導(dǎo)體固定在一起。所述λ為波長。在上述技術(shù)方案中，所述波導(dǎo)體優(yōu)先采用工作頻率范圍覆蓋微波源頻率的、斷面為長方形的矩形波導(dǎo)體。在上述技術(shù)方案中，波導(dǎo)體上加工的與磁控管天線相匹配的開孔最好是垂直于波導(dǎo)體方向，即垂直于波導(dǎo)體，磁控管用固定構(gòu)件與波導(dǎo)體垂直地固定在一起。磁控管通常是以金屬片作為固定件與波導(dǎo)體固定在一起。所述磁控管最好設(shè)置在矩形波導(dǎo)體較寬一方的體面上，且最好設(shè)置在矩形波導(dǎo)體較寬一方體面的一條直線上。磁控管的天線一般為圓柱形天線，波導(dǎo)體上的開孔也相應(yīng)地為圓柱孔。在上述技術(shù)方案中，設(shè)置在波導(dǎo)體上的磁控管距波導(dǎo)短路終端的距離和兩磁控管之間的距離誤差不大于λ/10。本發(fā)明提供的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其設(shè)計(jì)是基于發(fā)明人對微波功率合成機(jī)理深入研究完成的。當(dāng)兩個磁控管同時(shí)向波導(dǎo)體輸入微波功率時(shí)，微波在波導(dǎo)體中產(chǎn)生諧振，在波導(dǎo)體的終端微波的邊界條件相同，均為短路狀態(tài)，第一個磁控管的功率會有一部分注入第二個磁控管。由于磁控管注入鎖定的機(jī)理，兩個磁控管的頻率會達(dá)到一致。又由于兩個磁控管間隔為1個波導(dǎo)波長(λ )，兩個磁控管的相位也會達(dá)到一致。因此，兩個微波磁控管源產(chǎn)生的微波等相位面重合，從而在輸出端實(shí)現(xiàn)微波的功率合成，得到一個兩倍于磁控管功率一個新的大功率微波源器件。本發(fā)明通過在波導(dǎo)體上設(shè)置多個小功率的磁控管，利用注入鎖定原理，將多支磁控管的微波頻率鎖定在一起，實(shí)現(xiàn)微波功率的合成，得到一個新的大功率微波源器件，新的微波源器件的功率大小取決于串聯(lián)的磁控管數(shù)量，串聯(lián)磁控管的數(shù)量越多功率越大，因此本發(fā)明的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，能夠完全滿足生產(chǎn)實(shí)踐對微波源器件提出的功率要求，功率可大可小。 本發(fā)明提供的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，與現(xiàn)有技術(shù)的微波源器件磁控管相比，概括起來具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出的技術(shù)效果1.本發(fā)明利用了注入鎖定的理論，可以對多支微波磁控管的微波進(jìn)行鎖定，提高了磁控管的工作效率，減小了頻率的離散。2.本發(fā)明的微波功率合成器微波功率容量大，利用多支磁控管實(shí)現(xiàn)功率合成，能夠得到所需的大功率微波輸出。3.串聯(lián)型微波磁控管功率合成器，基于波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，形式簡單，體積小，易于加工和改造。4.成本低，無需微波大功率環(huán)形器和隔離器等昂貴器件。價(jià)格比單支大功率微波磁控管低得多。


圖1是兩個磁控管的微波功率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2基于波導(dǎo)的多磁控管串聯(lián)微波功率合成原理示意圖；圖3是多個磁控管的微波功率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述附圖中各圖示標(biāo)號標(biāo)識的對象為1-波導(dǎo)體；2-磁控管；3-磁控管天線；4-波導(dǎo)體短路點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

給出本發(fā)明的實(shí)施例，并通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，以便于更加容易地理解本發(fā)明。但需要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不限于下面實(shí)施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可很容易地設(shè)計(jì)出其他的具體實(shí)施方式
，因此不應(yīng)將下面給出的具體實(shí)施方式
的實(shí)施例理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍，將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在所給出的實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示，由型號為BJ22標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)1和兩個額定功率900W發(fā)射頻率在2. 45GHz范圍的型號為2M219微波磁控管構(gòu)成。分別在波導(dǎo)的寬壁邊距離短路終端點(diǎn)1/4波導(dǎo)波長處(37mm)和距離5/4波導(dǎo)波長處(185mm)處加工與磁控管輻射天線3相匹配發(fā)開孔，將兩個磁控管的天線3用金屬片固定于波導(dǎo)寬壁上，并使天線3通過開孔中央伸入波導(dǎo)內(nèi)部。兩個磁控管供電后，在波導(dǎo)輸出端得到雙倍的磁控管額定功率輸出。實(shí)施例2本實(shí)施例的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其結(jié)構(gòu)如附圖3所示，由型號為BJ22標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)1和4個額定功率900W發(fā)射頻率在2. 45GHz范圍的型號為2M219微波磁控管構(gòu)成。分別在波導(dǎo)的寬壁邊距離短路終端點(diǎn)1/4波導(dǎo)波長處(37mm)、5/4波導(dǎo)波長處(185mm)、9/4波導(dǎo)波長處(333mm)和13/4波導(dǎo)波長處(581mm)處加工與磁控管天線3相匹配發(fā)開孔，將4個磁控管的天線3用金屬片固定于波導(dǎo)寬壁上，并使輻射天線3通過開孔中央伸入波導(dǎo)內(nèi)部。4個磁控管供電后，在波導(dǎo)輸出端得到4倍的磁控管額定功率輸出。
權(quán)利要求
1.一種多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于主要由波導(dǎo)體和設(shè)置在波導(dǎo)體上不少于2個的用于發(fā)射微波的磁控管構(gòu)成，波導(dǎo)體在距短路終端距離為λ (η+1/4)的位置加工有與磁控管天線相匹配的不少于2個開孔，磁控管天線由開孔伸入到波導(dǎo)體內(nèi)，用固定件將磁控管與波導(dǎo)體固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于所述波導(dǎo)體為工作頻率范圍覆蓋微波源頻率的、斷面為長方形的矩形波導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于所述磁控管設(shè)置在矩形波導(dǎo)體較寬一方體面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于所述磁控管設(shè)置在矩形波導(dǎo)體較寬體面的一條直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于波導(dǎo)體的開孔垂直于波導(dǎo)體方向，磁控管與波導(dǎo)體垂直地固定在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于磁控管的天線為圓柱形天線，波導(dǎo)體上的開孔為圓柱孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于設(shè)置在波導(dǎo)體上的磁控管距波導(dǎo)體短路終端的距離和兩磁控管之間的距離誤差不大于λ /10。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于設(shè)置在波導(dǎo)體上的磁控管距波導(dǎo)體短路終端的距離和兩磁控管之間的距離誤差不大于λ /10。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于設(shè)置在波導(dǎo)體上的磁控管距波導(dǎo)體短路終端的距離和兩磁控管之間的距離誤差不大于λ /10。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其特征在于所述將磁控管與波導(dǎo)體固定在一起的固定件為導(dǎo)電金屬片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多磁控管串聯(lián)微波功率合成器，其結(jié)構(gòu)包括主要由波導(dǎo)體和設(shè)置在波導(dǎo)體上不少于2個的用于發(fā)射微波的磁控管構(gòu)成，波導(dǎo)體在距短路終端距離為λ/(n+1/4)的位置加工有與磁控管天線相匹配的不少于2個開孔，磁控管天線由開孔伸入到波導(dǎo)體內(nèi)，用固定件將磁控管與波導(dǎo)體固定在一起。本發(fā)明利用注入鎖定原理，將多支磁控管的微波頻率和相位鎖定在一起，實(shí)現(xiàn)微波功率的合成。本發(fā)明提供的作為微波源器件的微波功率合成器，與現(xiàn)有技術(shù)大功率的單支磁控管微波源器件相比，具有價(jià)格低，結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足微波輸能、加熱對微波源器件提出的功率要求等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01P5/12GK102569971SQ20121000610
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉長軍, 趙翔, 郭慶功, 閆麗萍, 陳星 , 黃卡瑪 申請人:四川大學(xué)