CN102411074B - 一种高功率波导阻抗变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高功率波导阻抗变换器，包括主波导、内有循环流动水作为微波吸收体的水负载、短路活塞部件和终端短路活塞块，工作波导波长为λg，水负载前端部呈圆锥体状，后端为圆柱状且与短路活塞部件相连接，前端圆锥体与后端的圆柱状平滑过渡，圆锥体的长度La≥1λg，锥形角度为5～15o，圆柱状的长度Lb在1λg～1.5λg范围内。本发明输入驻波系数在1.05~5.0内可调，相位变化量从0°～180°可调；驻波系数的波动范围基本上在±5%以内；将其对应的波导口径尺寸变换后可工作于2.0GHz～12.4GHz的任意频率，能方便地应用于高功率微波信号源的性能参数的准确测量，且避免了微波泄漏。

Description

一种高功率波导阻抗变换器
技术领域
本发明是一种高功率波导阻抗变换器，可用于高功率微波测试系统中测量微波管及大功率信号源的负载特性和工作特性。
背景技术
随着微波技术的发展，微波炉及工业微波设备在各领域得到了大量的应用。而通常用作微波炉或工业微波设备的功率源的微波管或大功率的微波信号源，都要测量其对负载变化的承受和响应能力（即通常所评价的负载特性），故在测量功率源时，需要相应的具有较大功率容量的标准负载。现一般采用的插销式单螺钉阻抗变换器在负载驻波系数大于3时，由插销伸入处的槽缝处微波功率泄漏量大，并且在螺钉处由于电场过于集中而会出现放电现象 （通称为打火）导致工作状态不稳定。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题的情况下，提供一种高功率波导阻抗变换器，能工作在高功率如1000W以上，其驻波系数和相位可在要求的范围内调整，并且完全无微波泄漏和打火的问题存在，并且该种高功率的波导阻抗变换器结构简单，制作方便。
为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是，一种高功率波导阻抗变换器，包括：矩形截面的主波导、内部带有循环流动水作为微波吸收体的水负载、短路活塞部件和终端短路活塞块，工作波导波长为λg，其特征在于，水负载前端部呈圆锥体状，水负载后端为圆柱状且与短路活塞部件相连接，水负载的前端圆锥体与后端的圆柱状平滑过渡，水负载前端部圆锥体结构的长度La≥1λg，圆锥体的锥形角度为5 ~ 15o，水负载后端圆柱状的长度Lb在1λg ~ 1.5λg范围内。
所述水负载的外壁材料为微波损耗小的介质材料，如聚苯乙烯、有机玻璃或玻璃钢等。
所述短路活塞部件后端设置短路活塞移动拉杆，并且短路活塞移动拉杆穿过终端短路活塞块相应设置的滑动孔与外部机械传动装置相连接。
水负载的圆柱状后端部通过短路活塞部件的中心孔支撑，同时，在水负载圆柱状后端部设置有水负载移动拉杆和进水管、出水管，并且水负载移动拉杆穿过终端短路活塞块相应设置的滑动孔与外部机械传动装置相连接。
水负载与短路活塞部件作相对运动可改变驻波，水负载也可与短路活塞部件作同步移动改变相位量。
水负载与短路活塞部件作同步移动，在矩形截面波导中的移动长度S1≥λg/2。
水负载与短路活塞部件做相对移动，其移动距离S2≥1λg,并且短路活塞部件的前端部面不超过水负载前端圆锥体部与锥度处相接的的截面。
短路活塞部件包括前端设置的扼流活塞和后端的短路活塞块，并通过连接柱将扼流活塞与短路活塞块连接成一整体，其中扼流活塞的长度Lc为
λg/4。
在与外部传动机械装置连接的连杆上设定有测量所述的移动距离S1和S2值的标尺。
本发明的有益效果是，通过实施以上发明的高功率波导型阻抗变换器，其输入驻波系数S 在 1.05 ~ 5.0范围内连续可调，同时，在相应的驻波系数下，其相位变化量从0°～180°可调；并且，当驻波系数S≤3时，在相位变化时，驻波系数的波动范围在±5%以内；使用不同的波导口径，可设计其工作于2.0GHz～12.4GHz的不同频率上，能方便地应用于微波功率源如磁控管等高功率信号源的性能参数的准确测量，而且其调整过程中，完全避免了由高功率波导型阻抗变换器引起的微波泄漏。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明的剖面结构立体图；
图3为本发明水负载和短路活塞部件同步整体移动时前后位置对比图；
图4为本发明水负载与短路活塞部件相对移动时前后位置对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括：矩形截面的主波导1，主波导1为所需测试高功率源的微波频率相对应口径的波导管；内部带有循环流动水作为微波吸收体的水负载2，短路活塞部件3和终端短路活塞块8，本发明的工作波导波长为λg，其特征在于，水负载2前端部呈圆锥体状，水负载2后端为圆柱状且与短路活塞部件3相连接，水负载2前端部的呈圆锥体与后端的圆柱状平滑过渡，水负载2前端部圆锥体结构的长度La≥1λg，圆锥体的锥形角度为5~ 15o，水负载2后端圆柱状的长度Lb在1λg~ 1.5λg范围内，水负载2的外壁材料为微波损耗小的介质材料，如聚苯乙烯、有机玻璃或玻璃钢等。
具体实施中，本发明的水负载2能实现较小的负载驻波系数，如S≤1.05，其前端部圆锥形体结构的长度La≥λg（λg ---为工作波段时所用波导的波导波长。）， 且水负载2前端部为圆锥形渐变段，在制造过程中可逐步修整，使其在合适的锥形角度内，能达匹配状态（S ≤1.05），再与短路活塞部件3相配合，在移动短路活塞部件3的过程中使驻波系数S在所要求的范围内变化，如负载驻波系数S一般要求可调整范围为1.05 ~ 5.0。水负载2后端部圆柱状的长度Lb设置为1λg~ 1.5λg（其中λg为所测微波功率源的工作波导波长），这有利于使微波功率全部被水吸收。 短路活塞部件3由扼流式活塞31和短路活塞块32组成，其中扼流式活塞31的长度Lc为λg/4，并与短路活塞块32一起形成短路面，其目的是将入射微波功率全部反射回去，根据其位置的不同反射量大小不一样，能实现微波功率被水负载全部或部分吸收掉，从而使输入驻波系数S可在1.05~ 5范围内可调整；同时，将扼流式活塞31的长度Lc设置为λg/4并与短路活塞块32通过连接细杆组成一体，能实现短路活塞部件3与主波导1内壁面良好电接触的目的，能有效防止微波泄漏。
水负载移动拉杆5和短路活塞移动拉杆6穿过终端短路活塞块8中相应的滑动孔，与外部机械传动装置相连接，分别控制着水负载2的单独移动值S2和水负载与短路活塞部件3总体移动的值S1，如图3、图4所示；且S1和S2的具体数值可由与外部传动机械装置连接的连杆上设定的标尺准确测量出，从而实现驻波系数和相位量的连续与重复调整。所述水负载2与短路活塞部件3做相对移动时，短路活塞部件3的前端部面不超过水负载2前端圆锥体部与后端圆柱状相接处的截面，如图4所示。
水负载2后端部设有水管7，水管7包括进水管71、出水管72，进水管71、出水管72通过终端短路塞块8中相应的孔，并伸出到与外部水管相连接，通过控制流入管内的水流量，从而能使得水负载2能承受1000瓦左右的微波功率。
通过实施以上发明的高功率波导型阻抗变换器，其输入驻波系数S 在 1.05 ~ 5.0范围内连续可调，同时，在相应的驻波系数下，其相位变化量从0°~±180°可调。并且，当驻波系数S≤3时，在相位变化时，驻波系数的波动范围在±5%以内，能方便地应用于微波功率源如磁控管等高功率信号源的性能参数的准确测量，而且其调整过程中，完全避免了由高功率波导型阻抗变换器引起的微波泄漏。

Claims (1)

1.一种高功率波导阻抗变换器，包括：矩形截面的主波导（1）、内部带有循环流动水作为微波吸收体的水负载（2）、短路活塞部件（3）和终端短路活塞块（8），所述变换器的工作波导波长为λg，其特征在于，水负载（2）前端部呈圆锥体状，水负载（2）后端为圆柱状且与短路活塞部件（3）相连接，水负载（2）的前端圆锥体与后端的圆柱状平滑过渡，水负载（2）前端部圆锥体结构的长度La≥1λg，圆锥体的锥形角度为5～15°，水负载（2）后端圆柱状的长度Lb在1λg～1.5λg范围内，所述短路活塞部件（3）包括前端设置的扼流活塞（31）和后端的短路活塞块（32），并通过连接柱将扼流活塞（31）与短路活塞块（32）连接成一整体，其中扼流活塞（31）的长度Lc为λg/4。
2．根据权利要求1所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是，所述水负载（2）的外壁材料为微波损耗小的介质材料。
3．根据权利要求1所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是，所述短路活塞部件（3）后端设置短路活塞移动拉杆（6），并且短路活塞移动拉杆（6）穿过终端短路活塞块（8）相应设置的滑动孔与外部机械传动装置相连接。
4．根据权利要求3所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是所述水负载（2）的圆柱状后端部通过短路活塞部件（3）的中心孔支撑，同时，在水负载（2）圆柱状后端部设置有水负载移动拉杆（5）和进水管（71）、出水管（72），并且水负载移动拉杆（5）穿过终端短路活塞块（8）相应设置的滑动孔与外部机械传动装置相连接。
5．根据权利要求4所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是所述水负载（2）与短路活塞部件（3）作相对运动改变驻波，二者相对运动的距离S2≥1λg；水负载（2）与短路活塞部件（3）作同步移动改变相位量，二者同步移动长度S1≥λg/2。
6．根据权利要求5所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是，所述水负载（2）与短路活塞部件（3）做相对移动，短路活塞部件（3）的前端部面不超过水负载（2）前端圆锥体部与后端部圆柱状相接的截面。
7．根据权利要求5所述的高功率波导阻抗变换器，其特征是，在所述与外部传动机械装置连接的连杆上设定有测量所述的水负载（2）与短路活塞部件（3）同步移动的长度S1和水负载（2）与短路活塞部件（3）相对运动的距离S2值的标尺。
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