基于注入鎖相的磁控管微波源系統穩定性研究與測試

摘 要： 基于5.8 GHz磁控管，研制測試了輸出功率、頻率穩定以及相位可控的大功率微波源系統。磁控管是整個系統的核心器件，由于其具有較高的DC?RF轉換效率和功率質量比，選擇磁控管作為系統的微波發生器。然而磁控管的輸出頻率不穩定、相位不可控，因此研究了以注入鎖相和DDS+PLL頻率合成為關鍵技術的相位控制系統，以實現對磁控管微波源系統輸出信號頻率和相位的控制，并測試了微波源系統輸出功率、頻率的穩定性以及相位控制系統的相位精度。測試顯示微波源具有670 W的穩定輸出功率，且頻率穩定度≤10kHz，相位精度≤±2°。

關鍵字： 微波源； 磁控管； DC?RF轉換； 相位控制

中圖分類號： TN74?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）09?0147?04

0 引 言

由于日益嚴峻的能源危機，NASA于1998年提出了空間太陽能發電（SSP）的概念，即利用太陽能電池板把收集到的太陽能轉化為直流電，然后通過微波源將其轉化為微波輻射至地面的接收機[1]。在這個過程中，為了實現連續波大功率的輸出，必須進行功率相干合成，而輸出功率、頻率穩定以及相位可控的微波源起著至關重要的作用；具有DC?RF轉化作用的微波真空管是微波源的核心器件[2?4]；然而，由于大功率微波源的制造工藝和技術相當復雜， 特別是微波真空管工作條件的改變和本身工藝會導致輸出功率、頻率的漲落起伏以及輸出信號相位的不穩定。若沒有完善的控制電路和控制方法要獲得比較穩定的輸出功率、頻率和相位是難以達到的。在微波真空……