輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器的製作方法
2023-04-26 15:11:41 1
專利名稱：輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率合成器，特別是一種輸入功率比例可以調節的大功率波導功率合成器。
背景技術：
大功率固態器件的工作頻率及所能達到的功率越來越高，但限於半導體的物理特性，單個固態器件的輸出功率是有限的。採用功率合成技術將多路固態器件輸出功率進行疊加，是獲得更高輸出功率的有效途徑之一。功率合成器廣泛用於微波功率放大器、功放線性化、測試電路以及其它微波系統中。I960年，Wilkinson提出一種用傳輸線實現的N路功率合成器，由於它結構簡單、易於實現，所以被廣泛使用。但是這種合成器的工作帶寬比較 窄，在駐波比 20dB的條件下相對帶寬小於20%。現有可變高頻功率合成器電路複雜，不適合用於帶電粒子加速器，也不適合大功率條件下工作。
發明內容
發明目的針對上述問題，本發明的目的是提供一種輸入功率比例能夠調節的大功率波導功率合成器，方便調節輸入功率的比例。技術方案一種輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器,包括功率輸出波導、功率輸入波導、功率分配裝置，所述功率輸出波導與兩個水平相通的所述功率輸入波導垂直相通成T形結構，所述功率分配裝置設置於所述功率輸出波導對面，所述功率分配裝置一端伸入所述功率輸出波導下端，所述功率分配裝置另一端與所述功率輸入波導的底板內側相抵，所述功率分配裝置的兩側形狀與所述功率輸出波導和所述功率輸入波導相交處的形狀相對應，所述底板上開有槽口，所述底板外側設有能夠使所述功率分配裝置與所述功率輸出波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置，所述水平移動驅動裝置穿過所述槽口與所述功率分配裝置固定連接。所述功率分配裝置包括擋板和/或功分部件，所述功分部件包括功分板和連接板，所述功分板)和所述連接板呈等腰三角形結構，所述連接板與所述底板內側相抵，所述擋板一端伸入所述功率輸出波導內，所述擋板另一端與所述功分板的相交處相連。所述擋板與所述連接板垂直。所述連接板至所述功分板相交處的垂直距離與窄邊長度相等。所述功率輸出波導和所述功率輸入波導相交處形成突緣和/或倒角,所述功率輸出波導下端兩側內壁向外延伸形成臺階狀的所述突緣，所述突緣的高度與所述功率分配裝置伸入所述功率輸出波導的一端其端面位置相對應，所述倒角的斜面分別與所述功率輸出波導和所述功率輸入波導相連接。所述突緣向外延伸的距離與所述功率分配裝置伸入所述功率輸出波導的一端其
厚度相等。
所述倒角的角度為45°，所述倒角的倒角距離為所述窄邊長度的一半。所述水平移動驅動裝置包括支架、滑竿、螺杆以及電機，所述支架設於所述底板下方並與其連接固定，所述滑竿水平設於所述支架內，所述滑竿通過所述螺杆與所述電機相連，所述滑竿通過驅動螺絲與所述功率分配裝置連接固定。所述輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，還包括限位傳感器，所述限位傳感器設於所述水平移動驅動裝置上，所述限位傳感器與所述功率輸出波導下端兩側內壁的位置相對應。所述輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，還包括方向耦合器以及低電平控制單元，所述功率輸入波導的入口端以及所述功率輸出波導的出口端分別連接一個所述方向耦合器，各所述方向耦合器的另一端均與所述低電平控制單元相連接；所述限位傳感器、所述水平移動驅動裝置均與所述低電平控制單元相連接。通過低電平控制單元不僅能夠實現遠程自動化控制，精確調節輸出功率比例的目的，而且操作程序簡單，安全方便。
有益效果與現有技術相比，本發明的優點是採用T形結構的矩形波導，由於大部分矩形波導的工作主模是TEOl模，其工作波長由矩形波導的寬邊決定，功率容量由矩形波導的窄邊決定，因此通過將功率分配裝置設於矩形波導的底板即矩形波導的寬邊上，就不會改變寬邊的長度，即不改變波導的工作頻率。通過水平移動驅動裝置帶動功率分配裝置在功率輸入波導內移動，可以改變功率輸入波導內矩形波導的窄邊長度，達到了大功率高頻輸入功率的功分以及輸出功率的輸出比例可連續、線性調節的效果。
圖1是本發明結構示意圖；圖2是本發明自動化反饋控制示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。如附圖1所示，一種輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，採用T形結構的矩形波導，包括功率輸出波導11、功率輸入波導12、功率分配裝置13，左、右兩側的兩個功率輸入波導12水平相通，功率輸出波導11與功率輸入波導12垂直相通成T形結構，功率分配裝置13設置於功率輸出波導11對面即功率輸出波導11的下方，功率分配裝置13 —端伸入功率輸出波導11下端，功率分配裝置13另一端與矩形波導的底板即功率輸入波導12的底板14內側相抵，功率分配裝置13的兩側形狀與功率輸出波導11和功率輸入波導12左、右兩側相交處的形狀相對應，底板14上開有槽口 15，所述底板14外側設有能夠使功率分配裝置13伸入功率輸出波導11的一端與功率輸出波導11下端左、右兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置16，水平移動驅動裝置16穿過槽口 15與功率分配裝置13固定連接。功率分配裝置13包括擋板131和/或功分部件，功分部件包括左、右兩塊功分板132和水平放置的連接板133，功分板132和連接板133呈等腰三角形結構，連接板133與底板14內側相抵，擋板131 —端伸入功率輸出波導11內，另一端與功分板132的相交處相連，擋板131與連接板133垂直。功率輸出波導11下端左、右兩側內壁向外延伸形成對稱的臺階狀的突緣18，突緣18的高度與擋板131上端的端面位置相對應，為了保證一個功率輸入埠的輸入功率為零時，另一個功率輸入埠的高頻輸入功率基本與高頻輸出功率相等，即損耗降低到最小，突緣18向外延伸的距離與擋板131的厚度相等，使擋板131的側面與輸出波導的寬邊形成平面重疊，這樣就可達到最小反射。倒角19的斜面分別與功率輸出波導11和功率輸入波導12相連接，倒角19的斜面與功分板132相互平行構成傾斜的波導，這樣可以大幅減小大功率高頻輸出功率的發射功率。倒角19的最佳角度為45°，倒角距離為矩形波導的窄邊17長度的一半，同時連接板133至兩塊功分板132相交處的垂直距離與功率輸入波導12的窄邊17長度相等。功分板132與連接板133構成45°時，由於功率分配裝置13的移動範圍是在左、右兩側的突緣18之間，因此無論功率分配裝置13在哪個位置，其反射功率都小於0. 4%、接近於0，並且兩個功率輸入波導12的輸入埠其輸入功率之和基本等於功率輸出波導11的功率輸出埠其輸出功率，功率分配裝置13的移動位置與兩個埠的輸出功 率之間近似為連續變化的線性關係。在此需要說明的是，不論倒角19是圓倒角還是直角倒角，倒角是否是45°，相應的兩塊功分板132之間、功分板132與連接板133之間構成的夾角是何種角度與形狀，只要是倒角19和功分板132之間構成一個平行的波導，就能夠大幅降低反射功率。水平移動驅動裝置16包括支架161、用於平穩移動的滑竿162、螺杆163以及電機164，支架161設於底板14下方並與其連接固定，滑竿162水平設於支架161內並與支架161兩端固定連接，滑竿162通過螺杆163與電機164相連，滑竿162通過驅動螺絲165與功率分配裝置13中的連接板133連接固定。為了防止功率分配裝置13過度移動，達到保護大功率波導功率合成器的作用，在支架161上驅動螺絲165的左、右兩側設置了兩個限位傳感器20，限位傳感器20與功率輸出波導11下端兩側內壁的位置相對應。如附圖2所示，功率輸入波導12的入口端以及功率輸出波導11的出口端分別連接一個方向耦合器21，各個方向耦合器21的另一端均與低電平控制單元22相連接。低電平控制單元22不僅與兩個限位傳感器20連接，還通過電機驅動器23與水平移動驅動裝置16中的電機164相連接。通過方向耦合器21將輸入功率以及輸出功率的信息傳輸給計算機中的低電平控制單元22，低電平控制單元22將當前功率分配狀況和預先輸入的設定值進行比較後再將調整值轉換為電機164的行進步數，然後將帶有行進步數的信號傳輸至電機驅動器23，帶動功率分配裝置13在水平方向左右移動，精確調節輸入功率的比例，使輸入功率符合預定要求。
權利要求
1.一種輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於包括功率輸出波導(11)、功率輸入波導(12)、功率分配裝置(13),所述功率輸出波導(11)與兩個水平相通的所述功率輸入波導(12)垂直相通成T形結構，所述功率分配裝置(13)設置於所述功率輸出波導(11)對面，所述功率分配裝置(13)—端伸入所述功率輸出波導(11)下端，所述功率分配裝置(13)另一端與所述功率輸入波導(12)的底板(14)內側相抵，所述功率分配裝置(13)的兩側形狀與所述功率輸出波導(11)和所述功率輸入波導(12)相交處的形狀相對應，所述底板(14)上開有槽口(15)，所述底板(14)外側設有能夠使所述功率分配裝置(13)與所述功率輸出波導(11)下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置(16)，所述水平移動驅動裝置(16)穿過所述槽口( 15)與所述功率分配裝置(13)固定連接。
2.根據權利要求1所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述功率分配裝置(13)包括擋板(131)和/或功分部件，所述功分部件包括功分板(132)和連接板(133)，所述功分板(132)和所述連接板(133)呈等腰三角形結構，所述連接板(133)與所述底板(14)內側相抵，所述擋板(131)—端伸入所述功率輸出波導(11)內，所述擋板(131)另一端與所述功分板(132)的相交處相連。
3.根據權利要求2所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述擋板(131)與所述連接板(133)垂直。
4.根據權利要求2所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述連接板(133)至所述功分板(132)相交處的垂直距離與窄邊(17)長度相等。
5.根據權利要求1所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述功率輸出波導(11)和所述功率輸入波導(12)相交處形成突緣(18)和/或倒角(19)，所述功率輸出波導(11)下端兩側內壁向外延伸形成臺階狀的所述突緣(18)，所述突緣(18)的高度與所述功率分配裝置(13)伸入所述功率輸出波導(11)的一端其端面位置相對應，所述倒角(19)的斜面分別與所述功率輸出波導(11)和所述功率輸入波導(12)相連接。
6.根據權利要求5所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述突緣(18)向外延伸的距離與所述功率分配裝置(13)伸入所述功率輸出波導(11)的一端其厚度相等。
7.根據權利要求5所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述倒角(19)的角度為45°，所述倒角(19)的倒角距離為所述窄邊(17)長度的一半。
8.根據權利要求1所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於所述水平移動驅動裝置(16)包括支架(161 )、滑竿(162)、螺杆(163)以及電機(164)，所述支架(161)設於所述底板(14)下方並與其連接固定，所述滑竿(162)水平設於所述支架(161)內，所述滑竿(162)通過所述螺杆(163)與所述電機(164)相連，所述滑竿(162)通過驅動螺絲(165)與所述功率分配裝置(13)連接固定。
9.根據權利要求1-8中任一所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於還包括限位傳感器(20)，所述限位傳感器(20)設於所述水平移動驅動裝置(16)上，所述限位傳感器(20)與所述功率輸出波導(11)下端兩側內壁的位置相對應。
10.根據權利要求9所述的輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，其特徵在於還包括方向耦合器(21)以及低電平控制單元(22)，所述功率輸入波導(12)的入口端以及所述功率輸出波導(11)的出口端分別連接一個所述方向耦合器(21)，各所述方向耦合器(21)的另一端均與所述低電平控制單元(22)相連接；所述限位傳感器(20)、所述水平移動驅動裝置(16) 均與所述低電平控制單元(22)相連接。
全文摘要
本發明公開了一種輸入功率比例可調的大功率波導功率合成器，功率輸出波導與兩個水平相通的功率輸入波導垂直相通成T形結構，功率分配裝置設置於功率輸出波導對面，其兩側形狀與功率輸出波導和功率輸入波導相交處的形狀相對應，底板外側設有能夠使功率分配裝置與功率輸出波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置。本發明的優點是採用T形結構的矩形波導，通過水平移動驅動裝置帶動功率分配裝置在功率輸入波導內移動，可以改變功率輸入波導內矩形波導的窄邊長度，達到了大功率高頻輸入功率的功分以及輸出功率的輸出比例可連續、線性調節的效果。
文檔編號H01P5/04GK103022613SQ201210554598
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者孫安, 劉克, 張力平, 宋永剛, 薛培培 申請人:江蘇安德信超導加速器科技有限公司, 南京大學, 長安大學, 江蘇德佐電子科技有限公司