高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块

本发明属于高功率微波领域，具体涉及高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块。

背景技术：

1、微波脉冲压缩技术可以将较低功率、长脉冲的微波压缩成高功率的短脉冲微波，在高梯度粒子加速器、定向能武器、热核聚变等领域具有重要的应用价值。相比于利用相对论电子束产生高功率微波的方案，如相对论返波管（relativistic backward waveoscillator，rbwo）、相对论速调管等，脉冲压缩技术不需要强流相对论电子束、前级高压驱动源、磁铁系统，因此有望大大降低装置的体积、造价和复杂度。作为一种脉冲压缩技术，储能切换（switched energy storage, ses）方案利用开关动态地改变储能结构与输出波导的耦合度，实验上实现了百倍级的功率增益，远高于其他脉冲压缩方案。然而，现有的ses方案中，开关通常置于长储能腔驻波模式的波腹处，承受着巨大的驻波电场，是高功率场景下最脆弱的部件，极大地限制了ses装置的功率容量。因此，目前公开报道的ses装置最多只能将mw级功率压缩至gw量级，而难以与现有的gw级高功率微波源（如rbwo）结合以进一步提升峰值功率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块。所述模块可与接口尺寸匹配的任意传统ses系统的储能结构连接，构成一个完整的脉冲压缩器。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块，包括开关腔、短路开关管、接有短路终端的储能波导、输出波导、输入端口和波导窗；输出波导和输入端口外均外接有波导窗，其中，

4、储能状态下，微波由输入端口经过波导窗馈入储能波导，在短路终端处反射，形成驻波电场，输出波导设置于驻波电场两个相邻波腹点连线的中垂面附近，开关腔设置于与输出波导错开一个半波的驻波电场两个相邻波腹点连线的中垂面附近，短路开关管与开关腔的开口间隔预设距离；

5、开关腔、短路开关管和储能波导的短路终端共同构成一个低q谐振结构。

6、进一步的，所述输出波导的宽边长度在0.5~1倍工作频率微波的自由空间波长之间。

7、进一步的，开关腔开口宽边长度在0.5~1倍工作频率微波的自由空间波长之间，且不在设备工作频率发生谐振。

8、本发明的有益效果在于：

9、1、开关管置于电场幅值足够低的位置，大大降低了高功率下发生非预期导通或损坏的可能性，提高了ses装置的功率容量；

10、2、泄能状态下，低q、对输出端口高泄露的谐振模式，既保证了较短的泄能时间，又保证了较大的稳态功率输出比例，因此可实现较高的输出功率增益；

11、3、与多种开关技术兼容，包括火花开关、气体放电管、等离子体开关等；

12、4、与多种储能腔结构兼容，无需大幅修改原有的储能腔结构；

13、5、作为可更换的零件，降低了系统的维护成本。

14、附图说明

15、图1为本发明高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块的原理图和效果图，其中（a）为模块的结构原理图，（b）为模块的三维渲染效果图；

16、图2为储能状态下的模拟结果图，其中（a）为输出端口泄漏率、腔体欧姆损耗率及回波电压幅值比结果，（b）为馈入9.3 ghz微波时，输出模块内的电场分布图；

17、图3为泄能状态下的模拟结果图，其中（a）为输出端口的泄漏率，（b）为馈入9.3ghz微波时，输出模块内的电场分布图；

18、图4为泄能状态下，输入恒定功率时，输出模块的输出端口7的归一化电压演化示意图；

19、图5为采用本发明输出模块的15半波ses系统在泄能状态下的功率演化示意图。

技术特征：

1.一种高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块，其特征在于，包括开关腔、短路开关管、接有短路终端的储能波导、输出波导、输入端口和波导窗；输出波导和输入端口外均外接有波导窗，其中，

2.根据权利要求1所述的一种高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块，其特征在于，所述输出波导的宽边长度在0.5~1倍工作频率微波的自由空间波长之间。

3.根据权利要求1所述的一种高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块，其特征在于，开关腔开口宽边长度在0.5~1倍工作频率微波的自由空间波长之间，且不在设备工作频率发生谐振。

技术总结本发明公开了一种高功率容量的储能切换式微波脉冲压缩器输出模块，属于高功率微波领域。所述输出模块包括开关腔、短路开关管、接有短路终端的储能波导、输出波导、输入端口和波导窗；储能状态下，微波由输入端口经过波导窗馈入储能波导，在短路终端处反射，形成驻波电场，输出波导设置于驻波电场两个相邻波腹点连线的中垂面，开关腔设置于与输出波导错开一个半波的驻波电场两个相邻波腹点连线的中垂面，短路开关管与开关腔的开口间隔预设距离；开关腔、短路开关管和储能波导的短路终端共同构成一个低Q谐振结构。所述输出模块可与接口尺寸匹配的任意传统SES系统的储能结构连接，构成一个完整的脉冲压缩器，降低了系统的维护成本。技术研发人员：张子靖,徐宏亮,刘维浩,冯天赐,孙天昊,刘宝厚,朱伟豪受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9