[发明专利]一种提高微波脉冲压缩器系统效率的方法

说明书

本发明属于高功率微波技术领域，尤其涉及一种提高微波脉冲压缩器系统效率的方法。本发明的提高微波脉冲压缩器系统效率的方法，其中的第一种方案是对原有的低功率信号和脉冲调制器信号的时序关系进行改进，使速调管的输出脉冲包含了上升沿部分，提高了速调管的工作效率和脉冲压缩器的效率。本发明的第二种方案设计了一级脉冲压缩系统的最优填充函数：本发明的第三种方案设计了两级压缩系统的最优填充函数：P₀(B(t‑t₀))²。速调管向脉冲压缩器输入最优填充波形能使脉冲压缩器效率最大化。本发明的无源脉冲压缩器的高效率填充方案，脉冲压缩器效率比原来的提高20％～30％，脉冲压缩系统的整体效率比原来的提高约10％，提高的比例大于60％。

技术领域

本发明属于高功率微波技术领域，尤其涉及一种提高微波脉冲压缩器系统效率的方法。

背景技术

脉冲压缩器是高功率微波领域十分重要的器件。脉冲压缩器可以将输入微波脉冲的脉宽变短，而功率提高。目前脉冲压缩器主要在加速器领域中广泛使用，以弥补速调管输出峰值功率的不足，来提升加速器的束流能量。近些年，由于脉冲压缩器的技术已经十分成熟，脉冲压缩器在高功率微波领域的应用也越来越多。

微波脉冲压缩器将输入微波脉冲能量储存在谐振腔中，在某一时刻快速释放，这种释放的手段有1)输入微波反相，如最常用的SLED(SLAC Energy Doubler)型脉冲压缩器，为无源器件，2)改变储能腔参数，通常利用等离子体或电子束开关等有源器件改变谐振腔特性使得谐振腔储能快速输出。由于第一种方法只需在输入微波信号上进行幅度相位的调制，不需要复杂的高压开关，因此得到了广泛应用。

传统脉冲压缩系统的组成和脉冲波形如图1所示。从实现功能的角度来看，速调管相当于一个放大器，由脉冲调制器提供能量，对低功率信号进行放大，从而输出高功率微波。速调管的输出脉冲波形由调制器波形和信号源波形共同决定。整个脉冲压缩系统的效率由三部分组成：1)脉冲调制器的效率，即脉冲调制器的直流脉冲输出能量除以市电输入能量；2)速调管的工作效率，即速调管的微波脉冲输出能量除以脉冲调制器的直流脉冲输出能量；3)脉冲压缩器的效率，即压缩后的微波脉冲能量除以速调管输出的脉冲能量。总体效率为三者相乘。常见的微波源脉冲压缩系统的效率仅为10％左右。

发明内容

本发明的目的是提出一种提高微波脉冲压缩器系统效率的方法，通过设计一种脉冲压缩器输入方案，提高单级和两级SLED型脉冲压缩器系统的效率。

本发明提出的提高微波脉冲压缩器系统效率的方法，有三种不同的方法，其中：

第一种方法是改变低功率微波信号源系统与高功率直流脉冲调制器的输出波形的时序关系，包括以下步骤：

(1)构建一个提高微波脉冲压缩器系统效率的系统，该系统包括低功率微波信号源系统、高功率直流脉冲调制器、速调管和脉冲压缩器，所述的高功率直流脉冲调制器通过高压线与速调管连接，所述的低功率微波信号源系统通过微波波导与所述的速调管相连，所述的速调管通过微波波导与脉冲压缩器连接；

(2)高功率直流脉冲调制器向速调管输出脉冲信号，设输出脉冲信号开始时刻为t₀，输出脉冲信号的平顶期开始时刻为t₁，输出脉冲信号的平顶期结束时刻为t₂，输出脉冲信号的结束时刻t₃；

利用下式，计算高功率直流脉冲调制器的效率η_m：