《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》是孫安和海龍核材科技（江蘇）有限公司於2011年1月27日申請的專利，該專利的申請號為201110030278X，公布號為CN102176528A，授權公布日為2011年9月7日，發明人是孫安。
《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》公開了一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，包括功率輸入波導以及功率輸出波導，功率輸入波導的對面設有功率分配裝置，功率分配裝置的兩側形狀與功率輸入波導和功率輸出波導相交處的形狀相對應，大功率波導功分器的底板外側設有能夠使功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端與功率輸入波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置。通過水平移動驅動裝置帶動功率分配裝置在功率輸入波導內移動，這樣可以改變功率輸入波導內矩形波導窄邊的長度，達到了大功率高頻輸入功率的功分以及輸出功率的輸出比例可連續、線性調節的效果。
2016年12月7日，《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器
- 公布號：CN102176528A
- 授權日：2011年9月7日
- 申請號：201110030278X
- 申請日：2011年1月27日
- 申請人：孫安、海龍核材科技（江蘇）有限公司
- 地址：北京市石景山區玉泉路19號乙9樓426號
- 發明人：孫安
- Int.Cl.：H01P5/12(2006.01)I
- 代理機構：上海海頌智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 代理人：何葆芳
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
高頻功分器是將一個功率源的輸入功率根據需要分成兩路或多路的器件，廣泛套用在衛星、廣播電視以及帶電粒子加速器等領域，在連續變數輸出輻照加速器中，為了調節加速器高速加速段的加速梯度，需要使用連續可調的大功率高頻功分器。2011年1月前技術中通過在波導中加入軸向分割帶，設計了多口功分器使矩形波導的輸入功率分為多路，但這種功分器的輸出功率比例是固定不可調節的。為了使功分器的輸出功率比例可調，通過利用調節諧振電路電容來控制諧振電路狀態的方法，設計了固態二路可變高頻功分器，這種功分器雖然可以連續調節兩個連線埠的功率比例，但由於電路限制，一方面不適合於在1千瓦高頻功率以上的大功率條件下工作，另一方面電路複雜不適合用於帶電粒子加速器。
發明內容
專利目的
針對2011年1月前技術中存在可變高頻功分器電路複雜不適合用於帶電粒子加速器，也不適合大功率條件下工作的問題，《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的目的是提供一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，能夠方便的調節輸出功率的比例。
技術方案
一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，所述大功率波導功分器採用T形結構的矩形波導，所述T形矩形波導包括功率輸入波導以及功率輸出波導，所述功率輸出波導水平相通，所述功率輸入波導與功率輸出波導垂直相通；所述功率輸入波導的對面設有功率分配裝置，所述功率分配裝置的一端伸入功率輸入波導的下端，功率分配裝置的另一端與矩形波導的底板內側相抵，所述底板上開有槽口，所述功率分配裝置的兩側形狀與功率輸入波導和功率輸出波導相交處的形狀相對應；所述底板外側設有能夠使功率分配裝置與功率輸入波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置，所述水平移動驅動裝置穿過底板的槽口並與功率分配裝置固定連線。
所述功率分配裝置包括擋板和/或功分部件，所述功分部件包括功分板以及連線板，所述功分板以及連線板呈等腰三角形的結構，連線板與矩形波導的底板內側相抵；所述擋板的一端伸入功率輸入波導內，另一端與功分板的相交處相連。
所述擋板與連線板垂直。
所述功分板以及連線板呈等腰直角三角形。
所述連線板至功分板相交處的垂直距離與矩形波導窄邊的長度相等。
所述大功率波導功分器包括突緣和/或倒角，所述功率輸入波導下端兩側內壁向外延伸形成台階狀突緣，突緣的高度與功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端的位置相對應；所述倒角的斜面分別與功率輸入波導下端以及功率輸出波導相連線。
所述突緣向外延伸的距離與功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端的厚度相等。
所述倒角的角度為45°。
所述倒角的倒角距離為矩形波導窄邊長度的1/2。
所述大功率波導功分器還包括限位器，所述限位器設於水平移動驅動裝置上，限位器與功率輸入波導下端兩側內壁的位置相對應。
所述大功率波導功分器還包括方向耦合器以及低電平控制單元，所述方向耦合器的一端分別與功率輸入波導的入口端以及功率輸出波導的出口端相連線，另一端均與低電平控制單元相連線；所述低電平控制單元還分別與限位器以及水平移動驅動裝置相連線。
改善效果
採用《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，所述大功率波導功分器採用T形結構的矩形波導，所述T形矩形波導包括功率輸入波導以及功率輸出波導，所述功率輸出波導水平相通，所述功率輸入波導與功率輸出波導垂直相通；所述功率輸入波導的對面設有功率分配裝置，所述功率分配裝置的一端伸入功率輸入波導的下端，功率分配裝置的另一端與矩形波導的底板內側相抵，所述底板上開有槽口，所述功率分配裝置的兩側形狀與功率輸入波導和功率輸出波導相交處的形狀相對應；所述底板外側設有能夠使功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端與功率輸入波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置，所述水平移動驅動裝置穿過底板的槽口並與功率分配裝置固定連線。由於大部分矩形波導的工作主模是TE01模，其工作波長由矩形波導的寬邊決定，功率容量由矩形波導的窄邊決定，因此通過將功率分配裝置設於矩形波導的底板即矩形波導的寬邊上，這樣就不會改變寬邊的長度，即不改變波導的工作頻率。通過水平移動驅動裝置帶動功率分配裝置在功率輸入波導內移動，可以改變功率輸入波導內矩形波導窄邊的長度，達到了大功率高頻輸入功率的功分以及輸出功率的輸出比例可連續、線性調節的效果。作為進一步的改進，通過低電平控制單元不僅能夠實現遠程自動化控制，精確調節輸出功率比例的目的，而且操作程式簡單，安全方便。
附圖說明
圖1是《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器的結構示意圖；
圖2是圖1中大功率波導功分器的反射功率、輸出功率/輸入功率的百分比與功率分配裝置水平移動距離之間的關係示意圖；
圖3是該發明的自動化反饋控制示意圖。
技術領域
《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》涉及大功率高頻功分器的輸出功率調節技術領域，更具體地說，是涉及一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器。
權利要求
1.一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，其特徵在於：所述大功率波導功分器採用T形結構的矩形波導，所述T形結構的矩形波導包括功率輸入波導以及功率輸出波導，所述功率輸出波導水平相通，所述功率輸入波導與功率輸出波導垂直相通；所述功率輸入波導的對面設有功率分配裝置，所述功率分配裝置的一端伸入功率輸入波導的下端，功率分配裝置的另一端與矩形波導的底板內側相抵，所述底板上開有槽口，所述功率分配裝置的兩側形狀與功率輸入波導和功率輸出波導相交處的形狀相對應；所述底板外側設有能夠使功率分配裝置與功率輸入波導下端兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置，所述水平移動驅動裝置穿過底板的槽口並與功率分配裝置固定連線；所述功率分配裝置包括擋板和／或功分部件，所述功分部件包括功分板以及連線板，所述功分板以及連線板呈等腰三角形的結構，連線板與矩形波導的底板內側相抵；所述擋板的一端伸入功率輸入波導內，另一端與功分板的相交處相連；所述擋板與連線板垂直。
2.根據權利要求1所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述功分板以及連線板呈等腰直角三角形。
3.根據權利要求1所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述連線板至功分板相交處的垂直距離與矩形波導窄邊的長度相等。
4.根據權利要求1所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述大功率波導功分器包括突緣和／或倒角，所述功率輸入波導下端兩側內壁向外延伸形成台階狀突緣，突緣的高度與功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端的位置相對應；所述倒角的斜面分別與功率輸入波導下端以及功率輸出波導相連線。
5.根據權利要求4所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述突緣向外延伸的距離與功率分配裝置伸入功率輸入波導的一端的厚度相等。
6.根據權利要求4所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述倒角的角度為45°。
7.根據權利要求4所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述倒角的倒角距離為矩形波導窄邊長度的1／2。
8.根據權利要求1所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述水平移動驅動裝置包括支架、滑竿、螺桿以及電機，所述支架設於矩形波導的底板下方並與其連線固定，所述滑竿水平設於支架內，滑竿通過螺桿與電機相連；所述滑竿通過驅動螺絲與功率分配裝置連線固定。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述大功率波導功分器還包括限位器，所述限位器設於水平移動驅動裝置上，限位器與功率輸入波導下端兩側內壁的位置相對應。
10.根據權利要求1所述的大功率波導功分器，其特徵在於：所述大功率波導功分器還包括三個方向耦合器以及一個低電平控制單元，與功率輸入波導的入口端相連線的一個方向耦合器及與功率輸出波導的出口端相連線的兩個方向耦合器均與低電平控制單元相連線；所述低電平控制單元還分別與限位器以及水平移動驅動裝置相連線。
實施方式
- 實施例
參閱圖1所示的一種能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器，大功率波導功分器採用T形結構的矩形波導，T形矩形波導包括功率輸入波導11以及功率輸出波導12，左、右兩側的功率輸出波導12水平相通，功率輸入波導11與功率輸出波導12垂直相通，功率輸入波導11的對面即功率輸入波導11的下方設有功率分配裝置13，功率分配裝置13的一端伸入功率輸入波導11的下端，功率分配裝置13的另一端與矩形波導的底板14內側相抵，底板14上開有槽口15，功率分配裝置13的兩側形狀與功率輸入波導11和功率輸出波導12左、右兩側相交處的形狀相對應，底板14外側設有能夠使功率分配裝置13伸入功率輸入波導11的一端與功率輸入波導11下端左、右兩側內壁相抵的水平移動驅動裝置16，水平移動驅動裝置16穿過底板14的槽口15並與功率分配裝置13固定連線。功率分配裝置13包括擋板131和/或功分部件132，功分部件132包括左、右兩塊功分板1321以及水平放置的連線板1322，功分板1321以及連線板1322呈等腰直角三角形的結構，連線板1322與矩形波導的底板14內側相抵。擋板131的一端伸入功率輸入波導11內，另一端與功分板1321的相交處相連，擋板131與連線板1322垂直。功率輸入波導11下端左、右兩側內壁向外延伸形成對稱的台階狀突緣17，突緣17的高度與擋板131上端的位置相對應，為了保證一個功率輸出連線埠的輸出功率為零時，另一個功率輸出連線埠的高頻輸出功率基本與高頻輸入功率相等（即損耗降低到最小），突緣17向外延伸的距離與擋板131的厚度相等，使擋板131的側面與輸入波導的寬邊所形成的平面重疊，這樣就可達到最小反射。倒角18的斜面分別與功率輸入波導11下端以及功率輸出波導12相連線，倒角18的斜面與功分板1321相互平行構成傾斜的波導，這樣可以大幅減小大功率高頻輸入功率的發射功率。較佳地，選擇倒角18的角度為45°，倒角距離為矩形波導窄邊30長度的1/2，同時連線板1322至兩塊功分板1321相交處的垂直距離與功率輸出連線埠的矩形波導窄邊30的長度相等，功分板1321與連線板1322構成的夾角為45°時，由於功率分配裝置13的移動範圍是在左、右兩側的突緣17之間，因此無論功率分配裝置13在哪個位置，其反射功率都小於0.4％接近於0，並且兩個功率輸出連線埠的輸出功率之和基本等於功率輸入連線埠的輸入功率，功率分配裝置13的移動位置與兩個連線埠的輸出功率之間近似為連續變化的線性關係，具體情況請參見圖2所示，其中水平軸z的0值位置就是功率輸入連線埠的矩形波導窄邊30的中點位置；將功率輸入連線埠的矩形波導窄邊30長度設為b，那么水平軸z上的0.2表示為矩形波導窄邊30長度b的20％，其他值以此類推。在此需要說明的是，不論倒角18是圓倒角還是直角倒角，倒角是否是45°，相應的兩塊功分板1321之間、功分板1321與連線板1322之間構成的夾角是何種角度與形狀，只要是倒角18和功分板1321之間構成一個平行的波導，能夠大幅降低反射功率，均落入《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的保護範圍。該發明的大功率波導功分器材質可選鋁或銅。
再參見圖1所示，其中水平移動驅動裝置16包括支架161、用於平穩移動的滑竿162、螺桿163以及步進電機164，支架161設於矩形波導的底板14下方並與其連線固定，滑竿162水平設於支架161內並與支架161兩端固定連線，滑竿162通過螺桿163與步進電機164相連線滑竿162通過驅動螺絲165與功率分配裝置13中的連線板1322連線固定。
為了防止功率分配裝置13過度移動，達到保護《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的大功率波導功分器的作用，在水平移動驅動裝置16的支架161上驅動螺絲165的左、右兩側設定了兩個限位感測器19，限位感測器19與功率輸入波導11下端兩側內壁的位置相對應。
再參見圖3所示，其中包括三個方向耦合器20以及低電平控制單元21，方向耦合器20的一端分別與功率輸入波導11的入口端以及功率輸出波導12的出口端相連線，另一端均與低電平控制單元21相連線，低電平控制單元21不僅與兩個限位感測器19連線，還通過步進電機驅動器22與水平移動驅動裝置16中的步進電機164相連線。通過方向耦合器20將輸入功率以及輸出功率的信息傳輸給計算機中的低電平控制單元21，低電平控制單元21將當前功率分配狀況和預先輸入的設定值進行比較後再將調整值轉換為步進電機164的行進步數，然後將帶有行進步數的信號傳輸至步進電機驅動器22，帶動功率分配裝置13在水平方向左右移動，精確調節輸出功率的比例，使輸出功率符合預定要求，不僅可以實現分路功率輸出比例的遠程自動化控制，還可以實現了大功率高頻輸入的功分以及分路功率輸出比例可連續調節。
大功率高頻傳輸通常採用矩形波導或同軸波導，由於矩形波導結構簡單造價低，通常採用矩形波導傳輸窄帶高頻功率，而對於超低頻或寬頻傳輸，通常採用同軸波導。因此《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》的大功率波導功分器只針對用於傳輸窄帶的大功率功分器。
榮譽表彰
2016年12月7日，《能夠調節輸出功率比例的大功率波導功分器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
