本發(fā)明屬于高功率微波領域，具體涉及高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊。

背景技術：

1、微波脈沖壓縮技術可以將較低功率、長脈沖的微波壓縮成高功率的短脈沖微波，在高梯度粒子加速器、定向能武器、熱核聚變等領域具有重要的應用價值。相比于利用相對論電子束產(chǎn)生高功率微波的方案，如相對論返波管（relativistic?backward?waveoscillator，rbwo）、相對論速調(diào)管等，脈沖壓縮技術不需要強流相對論電子束、前級高壓驅(qū)動源、磁鐵系統(tǒng)，因此有望大大降低裝置的體積、造價和復雜度。作為一種脈沖壓縮技術，儲能切換（switched?energy?storage,?ses）方案利用開關動態(tài)地改變儲能結構與輸出波導的耦合度，實驗上實現(xiàn)了百倍級的功率增益，遠高于其他脈沖壓縮方案。然而，現(xiàn)有的ses方案中，開關通常置于長儲能腔駐波模式的波腹處，承受著巨大的駐波電場，是高功率場景下最脆弱的部件，極大地限制了ses裝置的功率容量。因此，目前公開報道的ses裝置最多只能將mw級功率壓縮至gw量級，而難以與現(xiàn)有的gw級高功率微波源（如rbwo）結合以進一步提升峰值功率。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊。所述模塊可與接口尺寸匹配的任意傳統(tǒng)ses系統(tǒng)的儲能結構連接，構成一個完整的脈沖壓縮器。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

3、一種高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊，包括開關腔、短路開關管、接有短路終端的儲能波導、輸出波導、輸入端口和波導窗；輸出波導和輸入端口外均外接有波導窗，其中，

4、儲能狀態(tài)下，微波由輸入端口經(jīng)過波導窗饋入儲能波導，在短路終端處反射，形成駐波電場，輸出波導設置于駐波電場兩個相鄰波腹點連線的中垂面附近，開關腔設置于與輸出波導錯開一個半波的駐波電場兩個相鄰波腹點連線的中垂面附近，短路開關管與開關腔的開口間隔預設距離；

5、開關腔、短路開關管和儲能波導的短路終端共同構成一個低q諧振結構。

6、進一步的，所述輸出波導的寬邊長度在0.5~1倍工作頻率微波的自由空間波長之間。

7、進一步的，開關腔開口寬邊長度在0.5~1倍工作頻率微波的自由空間波長之間，且不在設備工作頻率發(fā)生諧振。

8、本發(fā)明的有益效果在于：

9、1、開關管置于電場幅值足夠低的位置，大大降低了高功率下發(fā)生非預期導通或損壞的可能性，提高了ses裝置的功率容量；

10、2、泄能狀態(tài)下，低q、對輸出端口高泄露的諧振模式，既保證了較短的泄能時間，又保證了較大的穩(wěn)態(tài)功率輸出比例，因此可實現(xiàn)較高的輸出功率增益；

11、3、與多種開關技術兼容，包括火花開關、氣體放電管、等離子體開關等；

12、4、與多種儲能腔結構兼容，無需大幅修改原有的儲能腔結構；

13、5、作為可更換的零件，降低了系統(tǒng)的維護成本。

14、附圖說明

15、圖1為本發(fā)明高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊的原理圖和效果圖，其中（a）為模塊的結構原理圖，（b）為模塊的三維渲染效果圖；

16、圖2為儲能狀態(tài)下的模擬結果圖，其中（a）為輸出端口泄漏率、腔體歐姆損耗率及回波電壓幅值比結果，（b）為饋入9.3?ghz微波時，輸出模塊內(nèi)的電場分布圖；

17、圖3為泄能狀態(tài)下的模擬結果圖，其中（a）為輸出端口的泄漏率，（b）為饋入9.3ghz微波時，輸出模塊內(nèi)的電場分布圖；

18、圖4為泄能狀態(tài)下，輸入恒定功率時，輸出模塊的輸出端口7的歸一化電壓演化示意圖；

19、圖5為采用本發(fā)明輸出模塊的15半波ses系統(tǒng)在泄能狀態(tài)下的功率演化示意圖。

技術特征：

1.一種高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊，其特征在于，包括開關腔、短路開關管、接有短路終端的儲能波導、輸出波導、輸入端口和波導窗；輸出波導和輸入端口外均外接有波導窗，其中，

2.根據(jù)權利要求1所述的一種高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊，其特征在于，所述輸出波導的寬邊長度在0.5~1倍工作頻率微波的自由空間波長之間。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊，其特征在于，開關腔開口寬邊長度在0.5~1倍工作頻率微波的自由空間波長之間，且不在設備工作頻率發(fā)生諧振。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高功率容量的儲能切換式微波脈沖壓縮器輸出模塊，屬于高功率微波領域。所述輸出模塊包括開關腔、短路開關管、接有短路終端的儲能波導、輸出波導、輸入端口和波導窗；儲能狀態(tài)下，微波由輸入端口經(jīng)過波導窗饋入儲能波導，在短路終端處反射，形成駐波電場，輸出波導設置于駐波電場兩個相鄰波腹點連線的中垂面，開關腔設置于與輸出波導錯開一個半波的駐波電場兩個相鄰波腹點連線的中垂面，短路開關管與開關腔的開口間隔預設距離；開關腔、短路開關管和儲能波導的短路終端共同構成一個低Q諧振結構。所述輸出模塊可與接口尺寸匹配的任意傳統(tǒng)SES系統(tǒng)的儲能結構連接，構成一個完整的脈沖壓縮器，降低了系統(tǒng)的維護成本。

技術研發(fā)人員：張子靖,徐宏亮,劉維浩,馮天賜,孫天昊,劉寶厚,朱偉豪
受保護的技術使用者：中國科學技術大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9