本發(fā)明涉及高功率微波，具體涉及一種基于旋磁鐵氧體非線性傳輸線和光導(dǎo)快速開(kāi)關(guān)的高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高功率微波是指峰值功率大于100mw，頻率為1~300ghz的電磁波。高功率微波裝置定向輻射的微波波束能夠損傷、降級(jí)、擾亂、干擾目標(biāo)電子信息系統(tǒng)，有效打擊信息鏈、無(wú)人飛行器、c4isr系統(tǒng)等目標(biāo)，具有重要的軍事和安防應(yīng)用價(jià)值。常規(guī)高功率微波系統(tǒng)由于脈沖驅(qū)動(dòng)源中火花隙開(kāi)關(guān)恢復(fù)能力和電真空微波源器件散熱等因素的限制，導(dǎo)致其輸出高功率微波信號(hào)的重復(fù)頻率較低，一般在幾十到百赫茲量級(jí)。并且，由于工作在高功率條件下，常規(guī)高功率微波系統(tǒng)較難實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)相位電掃描的效果。雖然采取增加移相器的方法可以實(shí)現(xiàn)相位掃描，但是對(duì)移相器的設(shè)計(jì)難度極大且造成系統(tǒng)的體積重量過(guò)大。

2、公開(kāi)號(hào)為cn115799791a的發(fā)明專(zhuān)利提供了一種基于多路鐵氧體非線性傳輸線的高功率微波產(chǎn)生系統(tǒng)。包括脈沖功率源、多路功分器、n路鐵氧體非線性傳輸線系統(tǒng)及n個(gè)輻射天線系統(tǒng)；鐵氧體非線性傳輸線系統(tǒng)包括微波產(chǎn)生單元和延時(shí)控制單元；n個(gè)延時(shí)控制單元均獨(dú)立控制；脈沖功率源輸出端連接多路功分器輸入端，多路功分器輸出端連接n個(gè)微波產(chǎn)生單元輸入端，微波產(chǎn)生單元輸出端連接延時(shí)控制單元輸入端，用于產(chǎn)生延時(shí)；n個(gè)延時(shí)控制單元輸出端連接相應(yīng)的輻射天線系統(tǒng)輸入端，n個(gè)輻射天線系統(tǒng)輸出端用于輻射輸出。但是，該高功率微波產(chǎn)生系統(tǒng)存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）該系統(tǒng)只能解決“輸出幅度逐漸衰減導(dǎo)致的輸出波形質(zhì)量差的技術(shù)問(wèn)題”，無(wú)法提供高重頻相控陣的高功率微波輸出；（2）該系統(tǒng)采用tesla變壓器型脈沖功率源，其輸出頻率較低，難以實(shí)現(xiàn)高重頻和固態(tài)化輸出；（3）該系統(tǒng)采用一個(gè)脈沖功率源加功分器的技術(shù)方案提供多路脈沖信號(hào)，不利于多路獨(dú)立靈活控制，并且功分器體積重量高、設(shè)計(jì)難度大。

3、有鑒于此，有必要研究一種基于旋磁鐵氧體非線性傳輸線和光導(dǎo)快速開(kāi)關(guān)的高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于背景技術(shù)中存在的常規(guī)高功率微波系統(tǒng)輸出微波重復(fù)頻率較低且難以實(shí)現(xiàn)輸出相位電掃描的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于旋磁鐵氧體非線性傳輸線和光導(dǎo)快速開(kāi)關(guān)的高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)，其中，通過(guò)旋磁非線性傳輸線型高功率微波源自身的偏置磁場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電磁波的相位，并采用多路組合的形式實(shí)現(xiàn)不同路之間的電磁波相位差異，通過(guò)對(duì)多路電磁波輸出相位的調(diào)控實(shí)現(xiàn)整個(gè)高功率微波系統(tǒng)輸出電磁波的相位掃描功能。

2、基于上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)，其包括磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元、若干路順次連接的高重頻脈沖源單元、旋磁非線性傳輸線單元、傳輸與輻射單元；

3、所述高重頻脈沖源單元，用于對(duì)初級(jí)電能進(jìn)行變換并利用光導(dǎo)快速開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)高重頻電脈沖輸出；

4、所述旋磁非線性傳輸線單元，用于將高重頻快脈沖調(diào)制成高功率微波信號(hào)；

5、所述傳輸與輻射單元，用于對(duì)高功率微波信號(hào)進(jìn)行高效傳輸和對(duì)外輻射；

6、所述磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元，分別與所述旋磁非線性傳輸線單元、傳輸與輻射單元電連接，用于為所述旋磁非線性傳輸線單元提供偏置磁場(chǎng)且同時(shí)對(duì)旋磁非線性傳輸線單元的輸出電磁波相位和頻率進(jìn)行調(diào)控。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)還包括監(jiān)測(cè)與控制單元；所述監(jiān)測(cè)與控制單元分別與所述高重頻脈沖源單元、旋磁非線性傳輸線單元、傳輸與輻射單元、磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元電連接。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高重頻脈沖源單元包括激光調(diào)制源模塊，以及同軸設(shè)置且順次連接的初級(jí)電源模塊、脈沖形成線模塊和光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊；所述激光調(diào)制源模塊與所述光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊連接。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊包括開(kāi)關(guān)腔、光導(dǎo)半導(dǎo)體芯片和觸發(fā)激光束；所述觸發(fā)激光束由外部引入開(kāi)關(guān)腔內(nèi)，通過(guò)引導(dǎo)光路與所述激光調(diào)制源模塊連接。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述初級(jí)電源模塊用于對(duì)輸入電信號(hào)進(jìn)行初步的升壓和整形，將輸入的電壓電信號(hào)處理成具有預(yù)定電壓和波形特點(diǎn)的高壓脈沖信號(hào)。所述激光調(diào)制源模塊用于產(chǎn)生預(yù)定功率和波形特定的激光輸出信號(hào)，用來(lái)調(diào)控光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊。所述初級(jí)電源模塊、脈沖形成線模塊和光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊均集成在金屬腔體內(nèi)，每一個(gè)模塊的實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)選同軸布局。所述激光調(diào)制源模塊優(yōu)選與初級(jí)電源模塊集成到一起，采用引導(dǎo)光路將其輸出的激光信號(hào)注入到光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖形成線模塊包括傳輸線內(nèi)/外導(dǎo)體、傳輸線輸入/輸出電極；所述初級(jí)電源模塊的電信號(hào)通過(guò)傳輸線輸入電極引入到傳輸線內(nèi)導(dǎo)體，所述脈沖形成線模塊的輸出信號(hào)通過(guò)傳輸線輸出電極引入所述光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述脈沖形成線模塊采用同軸傳輸線結(jié)構(gòu)，包括傳輸線內(nèi)導(dǎo)體、傳輸線外導(dǎo)體、絕緣支撐板、傳輸線輸入電極和傳輸線輸出電極。初級(jí)電源模塊的電信號(hào)通過(guò)傳輸線輸入電極引入到傳輸線內(nèi)導(dǎo)體，脈沖形成線模塊的輸出信號(hào)通道傳輸線輸出電極引入光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊。傳輸線內(nèi)導(dǎo)體與傳輸線外導(dǎo)體構(gòu)成同軸結(jié)構(gòu)，傳輸線內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)部掏空以減少重量。傳輸線內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)絕緣支撐板、傳輸線輸入電極和傳輸線輸出電極進(jìn)行位置固定。傳輸線內(nèi)導(dǎo)體和傳輸線外導(dǎo)體之間填充高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)，可選材料包括六氟化硫、氮?dú)狻⒆儔浩饔?、灌封膠等。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊主要由光導(dǎo)半導(dǎo)體芯片和金屬電極采用平面電極組成。通過(guò)具有合適能量的高重頻激光來(lái)觸發(fā)光導(dǎo)半導(dǎo)體芯片的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高重頻輸出。所述光導(dǎo)開(kāi)關(guān)模塊包括開(kāi)關(guān)腔、開(kāi)關(guān)輸入電極、開(kāi)關(guān)輸出電極、光導(dǎo)半導(dǎo)體芯片、觸發(fā)激光束和絕緣支撐板。開(kāi)關(guān)腔與傳輸線外導(dǎo)體相連，開(kāi)關(guān)輸入電極與傳輸線輸出電極相連。開(kāi)關(guān)輸入電極和開(kāi)關(guān)輸出電極二者平行放置，將光導(dǎo)半導(dǎo)體芯片固定在輸入平面電極和輸出平面電極之間。觸發(fā)激光束由外部引入開(kāi)關(guān)腔體，通過(guò)引導(dǎo)光路與激光調(diào)制源模塊連接。開(kāi)關(guān)腔體填充合適的絕緣介質(zhì)，可選材料包括六氟化硫、氮?dú)?、干燥空氣等?/p>

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋磁非線性傳輸線單元包括旋磁內(nèi)/外導(dǎo)體、磁體；所述磁體包括設(shè)置于中間的圓柱形磁環(huán)和設(shè)置于兩端的圓錐形磁環(huán)。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋磁非線性傳輸線單元還包括繞制在旋磁外導(dǎo)體外殼上的螺線管；所述螺線管包括相互獨(dú)立供電的調(diào)相螺線管和偏置螺線管；所述調(diào)相螺線管置于偏置螺線管的前級(jí)。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述旋磁非線性傳輸線單元包括旋磁外導(dǎo)體、旋磁內(nèi)導(dǎo)體、磁體、螺線管、螺線管外殼。旋磁外導(dǎo)體與開(kāi)關(guān)腔連接，旋磁內(nèi)導(dǎo)體與開(kāi)關(guān)輸出電極相連，磁體固定在旋磁內(nèi)導(dǎo)體之上，螺線管繞制在旋磁外導(dǎo)體外殼之上，螺線管外殼對(duì)螺線管實(shí)現(xiàn)整體封裝。旋磁內(nèi)導(dǎo)體和旋磁外導(dǎo)體之間填充高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)，可選材料包括六氟化硫、氮?dú)?、變壓器油、灌封膠等。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磁體由多個(gè)磁環(huán)壓疊而成，包含圓柱形磁環(huán)和圓錐形磁環(huán)兩部分。磁體兩端為圓錐形磁環(huán)，中間為圓柱形磁環(huán)，通過(guò)這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)磁體段阻抗與非磁體段阻抗的平滑過(guò)渡，以盡可能提高電磁波傳輸效率。所有磁環(huán)邊緣進(jìn)行倒圓角處理，以降低電場(chǎng)擊穿的可能性。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磁體采用具有旋磁特性的磁性材料，優(yōu)選具有矩形磁滯回線的旋磁材料，以降低偏置磁場(chǎng)的強(qiáng)度需求。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述調(diào)相螺線管置于偏置螺線管前級(jí)，二者的繞線方式一致。調(diào)相螺線管和偏置螺線管的實(shí)際匝數(shù)應(yīng)當(dāng)與相位調(diào)節(jié)和磁場(chǎng)偏置所需要的磁場(chǎng)大小相匹配。調(diào)相螺線管和偏置螺線管由相互獨(dú)立的電源供電，兩種電源均具備輸出電流大范圍實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的功能。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳輸與輻射單元包括分別與所述旋磁內(nèi)/外導(dǎo)體連接的饋電內(nèi)導(dǎo)體、天線底板，以及輻射板；所述饋電內(nèi)導(dǎo)體為錐形漸變結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)旋磁內(nèi)導(dǎo)體和輻射板之間機(jī)械結(jié)構(gòu)的平滑過(guò)渡；所述輻射板包括均為漸變結(jié)構(gòu)設(shè)置的天線第一輻射板和天線第二輻射板；所述天線第一輻射板和天線第二輻射板之間的張角逐漸增大設(shè)置。

21、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傳輸與輻射單元包括天線底板、饋電內(nèi)導(dǎo)體、饋電絕緣板、天線第一輻射板、天線第二輻射板和天線罩。天線底板與旋磁外導(dǎo)體連接，饋電內(nèi)導(dǎo)體與旋磁內(nèi)導(dǎo)體連接，天線第一輻射板與饋電內(nèi)導(dǎo)體和天線底板連接，天線第二輻射板與天線底板連接。饋電內(nèi)導(dǎo)體為錐形漸變結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)旋磁內(nèi)導(dǎo)體和天線第一輻射板之間機(jī)械結(jié)構(gòu)的平滑過(guò)渡。天線第一輻射板和天線第二輻射板均做成漸變結(jié)構(gòu)，二者之間的張角逐漸增大，以實(shí)現(xiàn)寬的工作頻帶。天線罩固定在天線底板上，將天線第一輻射板和第二輻射板包圍在內(nèi)。天線罩內(nèi)部充入合適壓力的惰性絕緣氣體，優(yōu)選六氟化硫。傳輸與輻射單元的駐波3db帶寬應(yīng)當(dāng)大于旋磁非線性傳輸線單元輸出電磁波信號(hào)的3db帶寬。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元包括分別與所述調(diào)相螺線管和偏置螺線管連接的調(diào)相螺線管電流調(diào)控模塊、偏置螺線管電流調(diào)控模塊。

23、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)中，所述高重頻脈沖源單元、旋磁非線性傳輸線單元和傳輸與輻射單元順次組裝且按預(yù)定陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行多路配置，并且共用同一路的磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元和監(jiān)測(cè)與控制單元。

24、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

25、1、本發(fā)明提供的高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)，所有單元均實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際要求和使用空間進(jìn)行多路靈活組合以提高輸出功率。其相控陣功能通過(guò)各單元的多路組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。將高重頻脈沖源單元、旋磁非線性傳輸線單元和傳輸與輻射單元進(jìn)行多路配置，并采用公用的同一路磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元和監(jiān)測(cè)與控制單元。通過(guò)監(jiān)測(cè)與控制單元實(shí)現(xiàn)整個(gè)多路系統(tǒng)的信號(hào)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。通過(guò)磁場(chǎng)與相位調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)不同旋磁非線性傳輸線單元輸出電磁波的相位調(diào)控，通過(guò)不同相位輸出電磁波的組合和疊加達(dá)到整套系統(tǒng)輸出電磁波相位可調(diào)和電掃描的效果。

26、2、本發(fā)明提供的高重頻相控陣高功率微波系統(tǒng)，通過(guò)采用旋磁非線性傳輸線型高功率微波源和光導(dǎo)快速開(kāi)關(guān)的創(chuàng)新結(jié)合，將高功率微波系統(tǒng)的輸出電磁波重頻大幅提高，使得其對(duì)于目標(biāo)的耦合效率更高。通過(guò)旋磁非線性傳輸線型高功率微波源自身的偏置磁場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電磁波的相位，并采用多路組合的形式實(shí)現(xiàn)不同路之間的電磁波相位差異，通過(guò)對(duì)多路電磁波輸出相位的調(diào)控實(shí)現(xiàn)整個(gè)高功率微波系統(tǒng)輸出電磁波的相位掃描功能。

27、上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。