[发明专利]频率可调谐的窄带和超宽带相结合的高功率微波源

说明书

本发明公开了一种频率可调谐的窄带和超宽带相结合的高功率微波源，目的是提供一种可调谐的窄带和超宽带相结合的高功率微波源。本发明由脉冲驱动源、光导半导体开关、输出负载、脉冲激光源组、激光源组控制器组成；激光源组控制器由分压器、电压转换芯片、主控芯片、4个串口组成；分压器将从脉冲驱动源接收的高压信号转化成低压信号；电压转换芯片将低压信号进行模数转换；主控芯片根据数字低压信号的大小控制串口的导通，进而控制脉冲激光源组中的3个激光二极管和调频光纤脉冲激光器工作，使得光导半导体开关工作在非线性模式或线性模式，产生超宽带微波或窄带微波。本发明频率可调谐，既可输出超宽带微波，又可输出窄带微波。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域的微波源器件，尤其指一种实现频率可调谐的窄带和超宽带相结合的基于光电导开关的高功率微波源。

背景技术

高功率微波通常指峰值功率大于100MW、频率在1~300GHz之间的电磁波，目前已经被广泛应用于电子高能射频加速器、遥感及辐射测量等众多国防和工业领域。

高功率微波源是产生高功率微波辐射的核心部件，按带宽分为窄带微波源和超宽带微波源。窄带微波源定向性更强，同等功率、波段水平下作用距离比超宽带微波源更远，但频点单一或调频范围有限，因此作用范围没有超宽带微波源广；超宽带微波源作用距离相对有限，但频谱宽度宽、作用范围广。开展频率可调谐的宽带和窄带相结合的高功率微波源的研究，在高功率微波效应机理研究、强电磁兼容和防护技术研究等领域都有重要的学术价值和实用意义，但目前国内外并未有一种兼顾窄带和超宽带工作状态和优点的高功率微波源，若能提供一种频率可调谐的宽带和窄带相结合的高功率微波源，则既能对较远距离的目标开展效应机理、防护研究，又能对近距离多个复杂目标开展效应、电磁兼容和防护研究。

已有的基于光电导开关的超宽带高功率微波源[胡龙，基于砷化镓雪崩光导开关的高重复频率超谱脉冲源技术研究，2016]的原理如图1所示：基于光电导开关的宽带高功率微波源由脉冲驱动源1、光导半导体开关2、调制激光源6、输出负载4组成。脉冲驱动源1可以为电容存储型脉冲产生器、电感存储型脉冲产生器、脉冲形成线型脉冲产生器、Blumlein结构脉冲产生器等，脉冲驱动源1充电完成后，将触发信号输入给调制激光源6；调制激光源6发射激光至光导半导体开关2；光导半导体开关2是一种光电导开关，光导半导体开关2吸收从调制激光源6入射的光子，将价带或深能级中的电子激发到光导半导体开关2的导带，产生自由电子或电子-空穴对，形成自由载流子，光导半导体开关2的电阻率迅速下降，光导半导体开关2处于导通状态。脉冲驱动源1的电压加载在导通的光导半导体开关2上，产生超宽带脉冲，由输出负载4输出，从而得到超宽带的微波输出。在该技术方案中，当脉冲驱动源1充电电压为5.0 kV时，输出的超宽带脉冲峰值电压为9.6 kV，脉冲宽度5.6 ns，图1所示的基于光电导开关的超宽带高功率微波源可工作在20 kHz。

基于光导半导体开关2产生微波不限于上述工作机理，光导半导体开关2有两种工作模式：非线性模式和线性模式，这两种模式都可以用来产生微波。（1）在非线性模式下，光导半导体开关2被调制激光源6触发后，便一直保持导通状态，相当于一个开关。将脉冲驱动源1产生的电压加载在导通的光导半导体开关2上，当电压高于一定值，光导半导体开关2内电流开始以很高的频率震荡，从而传输到输出负载4产生超宽带微波；（2）在线性模式下，光导半导体开关2的导通电阻与激光光照强度成反比，相当于一个光控电阻，此时在脉冲驱动源1和调制激光源6的共同加载下，输出负载4可输出窄带微波，且输出微波的频率与激光的调制频率相同。光导半导体开关2在线性模式导通要求的激光触发功率一般很大，往往在10kW量级以上，而在非线性模式导通所需的激光触发功率小得多，相比线性模式可降低3-5个数量级，此时系统只能输出超宽带微波。图1所示基于光电导开关的宽带高功率微波源，由于采用的调制激光源6发射激光功率较低，不能输出窄带微波。

由上可知，基于光导半导体开关的微波源可以输出窄带微波或超宽带微波，但受调制激光源的限制，同时能实现窄带和超宽带高功率微波输出的技术方案尚未有公开报道。实现频率可调谐的超宽带和窄带相结合的高功率微波源具有重要学术价值和实用意义。