РАДИОЧАСТОТНЫЙ ОБЪЕДИНИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
RADIO FREQUENCY POWER UNIFIER

Область техники
Изобретение относится к области мощных микроволновых генераторов и может использоваться при создании схем объединителей/делителей мощности.
Уровень техники
В настоящее время мощные микроволновые генераторы строятся по одной из двух основных схем: как одиночный усилитель высокой мощности или на основе комбинирования мощности от нескольких отдельных источников. В настоящей заявке рассматривается вторая схема генераторов.
В уровне техники известны различные схемы объединителей/делителей мощности. Функционирование большинства известных объединителей мощности основано на двух принципах объединения/разделения мощности. Первый из них основан на использовании различных линий передачи, основанных на коаксиальных кабелях, полосковых линиях и симметрирующих трансформаторах для переходов между различными типами линий передачи. Примеры таких объединителей мощности, основанных на схеме Уилкинсона (Wilkinson), раскрыты в патентах США №№ 5767755 и 5334957 и предусматривают использование множества линий передачи с множеством входных выводов и выходным выводом, а также множество РЧ коммутаторов для размыкания/замыкания соответствующих соединений, предоставляющих РЧ сигнал с соответствующих входов. Основанные на принципе Гизеля (Gysel) многоканальные объединители/делители мощности, например, такие, как раскрытые в патентах США №№ 5164689 и 5880648, содержат общий порт вывода/ввода, множество портов ввода/вывода и соответствующее множество первых и вторых линий передачи между соответствующими портами, реализуемых на плоских подложках по микрополосковой технологии или, для повышенных уровней мощности, с коаксиальными линиями передачи. Недостатком этих обоих типов схем являются ограничения, накладываемые на передаваемые уровни мощности, которые обычно не превышают нескольких кВт.
Другой известный принцип объединения/деления мощности основан на использовании волноводных ответвителей, которые используют принцип объединения набора волноводов в единый волновод. При этом ввод и вывод могут быть созданы на волноводах одинакового типа (US 6411174, US 5892414) или с трансформацией типа волны с учетом конкретных потребностей конструкции, например, с использованием коаксиально-волноводного перехода (US 2012/0025928) или перехода от прямоугольного волновода к волноводу кругового сечения (US 7432780). Объединители мощности этого типа могут работать на высоких уровнях мощности, но ограничены количеством объединяемых источников мощности и большими размерами в низких радиочастотных диапазонах.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание устройства для объединения радиочастотной мощности, обеспечивающего высокую стабильность частоты и фазы, а также характеризуемого компактностью конструкции и низкой стоимостью.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что устройство для объединения радиочастотной мощности содержит резонатор, например, прямоугольного поперечного сечения с центральным (осевым) цилиндрическим проводником, систему индуктивных элементов связи для ввода радиочастотной мощности множества источников в резонатор и подвижный элемент вывода объединенной мощности.
Упомянутый резонатор может также быть выполнен как цилиндрический резонатор или может иметь поперечное сечение многоугольной формы.
Осевой цилиндрический проводник имеет переменный диаметр, при этом средняя часть осевого цилиндрического проводника имеет больший диаметр. Это позволяет увеличить амплитуду магнитного поля вблизи боковых стенок резонатора.
Длина резонатора примерно равна половине длины волны, но может варьироваться, поскольку изменение радиуса центрального проводника вносит вклад в проводимость осциллирующей схемы.
Индуктивные элементы связи (в форме петель связи) для ввода радиочастотной мощности размещены в максимуме амплитуды магнитного поля. Такое размещение обеспечивает наилучшую связь.
Подвижный элемент вывода для вывода объединенной в объеме резонатора мощности выполнен в форме петли связи и закреплен на осевом цилиндрическом проводнике.
В возможном варианте осуществления соответствующий изобретению способ объединения радиочастотной мощности включает в себя:
обеспечение прямоугольного резонатора с центральным проводником, расположенным вдоль продольной оси резонатора,
ввод радиочастотной мощности множества источников в резонатор с помощью соответствующих индуктивных элементов связи, расположенных в максимуме амплитуды магнитного поля в резонаторе,
объединение введенной радиочастотной мощности множества источников в резонаторе и
вывод объединенной радиочастотной мощности из резонатора с помощью подвижного элемента связи, закрепленного на центральном проводнике.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется на примере выполнения, иллюстрируемом чертежами, на которых показано следующее:
Фиг.1 – схематичное представление возможного варианта осуществления устройства для объединения радиочастотной мощности, выполненного согласно изобретению;
Фиг.2а – представление распределения магнитного поля в резонаторе с центральным проводником переменного сечения;
Фиг.2b - график, иллюстрирующий распределение амплитуды магнитного поля по длине резонатора;
Фиг.3а – представление распределения электрического поля в резонаторе с центральным проводником переменного сечения;
Фиг.3b - график, иллюстрирующий распределение амплитуды электрического поля по длине резонатора.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Как показано на Фиг.1, заявленное устройство для объединения радиочастотной мощности содержит волновод 1, центральный (осевой) цилиндрический проводник 2 со средней частью 3, имеющей увеличенный радиус, элементы 4 ввода радиочастотной мощности от источников 5, выполненные в виде индуктивных петель связи, и элемент 6 вывода объединенной радиочастотной мощности, выполненный подвижным и закрепленный на центральном проводнике 2. Резонатор 1 имеет длину примерно равную половине длины волны.
Устройство объединения радиочастотной мощности работает следующим образом. Радиочастотная мощность от источников 5 вводится посредством индуктивных элементов 4 ввода радиочастотной мощности в резонатор 1. Введенная мощность множества источников 5 объединяется в резонаторе 2, при этом в резонаторе устанавливается распределение магнитного и электрического полей, иллюстрируемое на Фиг.2а и 3а соответственно. Соответствующие изменения амплитуд магнитного поля и электрического поля по длине резонатора представлены на Фиг. 3а и 3b соответственно.
Объединенная радиочастотная мощность выводится из резонатора 1 посредством подвижного элемента 6 вывода объединенной радиочастотной мощности, закрепленного на центральном проводнике 2.
Объединитель мощности, рассматриваемый в настоящей заявке, обеспечивает суммирование мощности от дискретных источников числом до 64. Количество источников, выбираемое в соответствии с решаемыми задачами проектирования, может быть различным. Предложенная схема обеспечивает высокую стабильность частоты и фазы и характеризуется компактными габаритами и низкой стоимостью.