[发明专利]一种抑制电子管放大器谐波的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于射频功率放大输出领域，具体涉及一种抑制电子管放大器谐波的装置和方法，该装置安装在射频系统功率放大输出端，用于抑制谐波信号，确保电子管功率放大器的精确稳定可靠。

背景技术

目前，射频系统广泛应用于军事、工业、农业的生产中，如军事雷达、干扰机、预警机、气象雷达、食品加工、炼钢、激光焊接与切割、核聚变等领域。其中射频系统主要用于提供高功率射频波能量，其功率水平从几千瓦至数十兆瓦，工作频率范围一般为几兆赫兹到数吉赫兹。依照射频波功率放大使用的器件，产生高功率射频波能量的设备分为：真空管发射机和固态发射机，它们在产生高功率射频波的同时，会在发射信号的频带之外产生较高的谐波信号，包括谐波分量、寄生辐射、交调产物、发射机互调产物等，这些谐波会导致射频信号的质量和稳定度差，信噪比降低，通信质量恶化，这将会对射频系统的稳定运行产生严重影响。

减弱谐波干扰的影响，一般选择在发射机的输出端口加滤波器来抑制谐波，但是滤波器存在一衰减很小的通带，谐波信号在射频波附近时，滤波器抑制谐波效果不佳，另一方面滤波器存在插损，高功率射频波通过滤波器后，会降低信号的功率。

波导负载目前主要应用于吸收射频波剩余的能量，防止泄漏，没有出现在抑制射频系统谐波的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制电子管放大器谐波的方法和装置，保证能够大幅抑制射频系统谐波信号，确保射频波的质量，解决了射频系统高功率发射机输出谐波严重的情况，此外射频波没有在波导负载中传输,没有引起射频波功率损耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抑制电子管放大器谐波的装置，包括矩形波导、楔形波导、吸波材料；所述的吸波材料填充在矩形波导与楔形波导内，矩形波导和楔形波导相结合形成波导负载安装在电子管放大器高功率输出端四周。

所述的吸波材料采用复合吸波材料，由碳纤维骨架和碳基体组成的高性能复合材料，具有质量轻、厚度薄、频带宽、吸波强的特点，碳基体为碳粒或碳化硅粉等。

所述的波导负载截止频率小于谐波信号频率，大于电子管放大器输出的射频波频率。

所述的矩形波导用于阻止射频系统正常工作频段射频波传输，允许谐波信号传输；其尺寸设计满足截止频率大于射频系统输出的频率，小于谐波信号频率。

所述的楔形波导用于吸收谐波信号，楔形波导末端夹角度数，根据吸波材料介电常数和谐波频率设置。

所述的电子管放大器输出的高功率射频波不经过波导负载传输，而谐波信号通过耦合的方式在波导负载中传输并被完全吸收。电子管放大器输出工作频率低于波导负载截止频率，谐波频率大于波导负载截止频率。

本发明还提供了一种抑制电子管放大器谐波的方法，包括如下步骤：

根据谐波信号模式，运用矩形波导截止频率公式，求出矩形波导尺寸；

根据吸波材料的介电常数和磁导率，求出楔形波导尾端夹角，使得谐波信号被完全吸收；

根据电子管放大器功率输出端波导类型，求出所需波导负载数量，安装位置。

所述的矩形波导截止频率计算公式

标准矩形波导宽边长度a是窄边长度b的2倍，式中ε、μ为吸波材料的介电常数和磁导率，m、n为波形指数。

所述的楔形波导长度应为1/2波长的整数倍，可使吸波材料斜面上的每一点引起的电磁波反射都能被与其相距1/4波长的另一点引起的反射所抵消。楔形波导末端夹角为φ度，由吸波材料介电常数、磁导率和谐波信号频率决定，根据下式求得

对于波长较大的末端夹角φ，通常设置小于45度；吸波材料安装在矩形波导与楔形波导内。

所述的电子管放大器输出工作频率低于波导负载截止频率，谐波频率大于波导负载截止频率。

本发明的有益效果：本发明在高功率射频波输出端加载由矩形波导和楔形波导构成的波导负载，一方面射频波未进入波导负载，另一方面谐波信号进入波导负载被完全吸收，有效解决了射频系统谐波问题，同时没有降低射频波的功率；

本发明方法在抑制电子管放大器谐波信号的同时，没有造成对工作频段射频信号的干扰和衰减，大幅提高了射频信号的质量。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种抑制电子管放大器谐波的装置的结构示意图；

图2为加载本发明的电子管功率放大器截面示意图；