CN106128916B - 一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，该装置采用同轴传输线、旁路电容、吸波材料、去耦电容及真实短路面结构，可以将微波严格限制在同轴线系统中加以滤出和吸收，大大降低了微波泄漏。将均匀微波传输线与旁路电容组、吸波材料及去耦电容组结合，有利于有效地滤出和消耗泄漏微波功率，提高散热效率和展宽应用频段。本发明有效解决了在磁控管频率飘移情况下阴极电缆所产生的微波泄漏问题。有效解决了普通阴极LC滤波导线微波空间辐射的问题。及时有效的消耗阴极泄漏微波功率，能应用于连续波、大功率、长时间工作的阴极微波泄漏防护。可用于调频磁控管（宽频带）的阴极微波泄漏防护。

Description

一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置
技术领域
本发明涉及磁控管，特别是一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置。
背景技术
磁控管在工业、科学和医学(IMS)研究中的应用日益广泛，应用领域不断扩大。特别是在材料处理、工业加热等应用中具有连续波、大功率、长时间等特点，此时磁控管的微波泄漏将对控制电路的正常工作带来严重影响。此外为确保电子产品的长期有效工作和对环境的电磁保护，各国对电子产品制定了严格的电磁兼容(EMC)标准，因此必须对磁控管的电磁兼容(EMC)性能进行优化。磁控管工作时，阴极引出线的泄漏是其微波泄漏的主要因数，对连续波、大功率、长时间工作的工业磁控管来说，阴极引出线的微波泄漏对环境和控制电路的影响是不可忽略的。目前对此问题的处理方法有两种，即对阴极引出线加λ/4扼流套筒和LC滤波套筒或者扼流套筒和LC滤波的复合套筒。但这两种结构有一定的缺陷:对λ/4扼流套筒来说，因为磁控管产生的微波有一定的离散范围，四分之一波长的条件不能严格满足，此外当扼流套筒内微波能量不能及时消耗(超过它的容量)时，微波也要泄漏出来。对LC滤波套筒，当工作于微波频段时它的滤波通路一定要为严格的微波传输线才能把微波限制于传输线上，从而把微波滤除。
目前普遍直接采用金属连接线接地的方法来滤波，这样微波不可避免地要从接地线上辐射到空中。测试时，加载在接地线上的功率为-30dBmω时，线上的能量随着频率的升高而减少。当频率高于60MHz时，90％以上的能量都辐射到空间之中。此外，测试发现随着额定输出功率的升高磁控管阴极电缆在工作频率处的辐射持续升高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术微波泄漏防护装置的缺点，提供一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，利用同轴线结构、吸波材料、旁路电容及去耦电容来阻止微波泄漏。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，内导体3置于套筒1内且与内导体同轴；连接面2封堵在套筒1始端并联接套筒1和内导体3；短路片4封堵在套筒1末端；内导体沿套筒中轴线穿过短路片的中部孔洞与连接面连接后外伸；所述连接面2和短路片4的置于套筒1内的部分贴合有陶瓷片；旁路电容安装在套筒始端并与套筒和内导体相连接；去耦电容安装在套筒末端与套筒和内导体相连接；套筒横截面为圆形；所述套筒外表面上安装有散热片6；套筒与内导体之间填充吸波材料5。
采用如上的设计，本发明复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置中，内导体和套筒构成同轴线传输系统，磁控管阴极电缆泄漏的微波能量在同轴传输线传输过程中，首先被旁路电容滤出一部分微波能量，其次被套筒和内导体之间填充的吸波材料吸收，然后再被去耦电容滤掉一部分微波能量，最后达到短路片的能量被全反射回传输线系统，再依次经过去耦电容，吸波材料和旁路电容，其能量被进一步衰减，剩余能量到达连接面又被全反射回传输线，再经同样过程被衰减。其转化的热量被散热片散发到周围空间，保证了同轴线传输系统的正常工作，提高了防护装置的可靠性。本发明中，连接面和短路片构成同轴线始端和终端短路负载，将微波能量限制在套筒长度这段空间中，并通过滤波(旁路和去耦)和衰减吸收来最大限度阻止微波泄漏。
进一步的，所述旁路电容和去耦电容为大电容和小电容构成的并联电容组，以保证工作频段和更好的滤波效果，降低散热要求。
并联电容组可以减小总电容的有效电阻(ESR)和有效电感(ESL)及展宽工作频段。特别是对低频的干扰信号，吸波材料不能有效吸收。对于低频干扰信号(纹波)的滤出，有利于稳定磁控管工作，减小频率漂移和相位噪声。
具体的，所述旁路电容和去耦电容为TDK陶瓷贴片电容。
更具体的，所述旁路电容和去耦电容安装在陶瓷片上并与套筒和内导体相连。
进一步的，所述套筒内径足够大，以保证填充吸波材料厚度。
由于套筒相当于同轴线传输系统的外导体，其直径(忽略套筒厚度可以看成是套筒内径)除了满足同轴传输线要求外，还应当保证填充吸波材料厚度，以利于微波充分吸收。
具体的，所述吸波材料为Emerson公司的ECCOSORB SF型号吸波材料。
进一步的，所述套筒内径和内导体外径比满足1.65的关系，以保证同轴线的功率容量。
进一步的，所述散热片沿套筒径向均匀分布。
进一步的，所述散热片沿套筒轴向均匀分布。
散热片均匀分布有利于提高散热效率。
具体的，所述连接面、套筒、短路片和散热片由良导体构成。
采用良导体制作连接面、套筒、短路片和散热片，以利于提高微波衰减和防止微波泄漏，散热片采用良导体，以利于提高散热效率，保障微波泄漏防护装置正常运行。
更具体的，所述良导体为铜材。
采用铜材制作连接面、套筒、短路片和散热片，具有足够的强度和优良的导电导热性能，并具有加工方便的特点。
本发明的有益效果是，采用同轴传输线及真实短路面结构，可以将微波严格限制在同轴线系统中大大降低微波泄漏。将微波传输线、旁路电容、去耦电容与吸波材料结合，有效地滤出和消耗泄漏微波功率和展宽应用频段。本发明有效解决了在磁控管频率飘移情况下阴极电缆所产生的微波泄漏问题。有效解决了普通阴极LC滤波导线微波空间辐射的问题。及时有效的滤出和消耗阴极泄漏微波功率，能应用于连续波、大功率、长时间工作的阴极微波泄漏防护。可用于调频磁控管(宽频带)的阴极微波泄漏防护。
附图说明
图1是实施例1的示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是实施例2的示意图。
图4是图3的B-B剖视图。
图5为某磁控管外侧微波泄漏分布图。
图6为安装本发明磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置后，相同磁控管相同位置处的微波泄漏分布图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
实施例1
本实施例以2.45GHz的磁控管阴极电缆微波泄漏防护套筒为例进行说明。
如图1、2所示，本例磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，包括包括套筒1、连接面2、内导体3、短路片4、吸波材料5、散热片6、陶瓷片7、旁路电容8、陶瓷片9、去耦电容10和绝缘陶瓷垫片11。本例吸波材料5采用Emerson公司的ECCOSORB SF型号吸波材料，其电损耗正切为tanδE＝5。本例旁路电容8和去耦电容10采用TDK公司的陶瓷贴片电容组成并联电容组，对应的电容值为100pF和0.1uF。本例连接面2、陶瓷片7和旁路电容8安装在套筒1始端，短路片4、陶瓷片9和去耦电容10安装在套筒1末端，由图1和图2可见，本例套筒横截面为圆形，套筒上安装的散热片6沿套筒轴向每隔一定距离安装一片，成均匀分布。内导体3沿套筒1中轴线依次穿过短路片4、去耦电容10、陶瓷片9、旁路电容8、陶瓷片7与连接面2连接，通过连接面2与磁控管(图中未示出)连接。吸波材料5填充在套筒与内导体之间。本例中，套筒1、连接面2、短路片4和散热片6均采用良导体铜材制作。其中套筒直径D为4cm，内导体直径d为2.4cm，短路片和套筒之间由陶瓷垫片绝缘。为了减少微波泄漏和提高散热效率，连接面2、套筒1、散热片6、短路片4都为紧密电接触。为了保证微波充分吸收，套筒直径D应足够大，使得填充的吸波材料有一定厚度。
如图2所示，本例内导体3与套筒1形成同轴传输线，使微波在传输线中传输。套筒1与内导体3之间填充吸波材料5及安装旁路电容和去耦电容使微波在传输过程中被吸收和滤出。调节套筒1的直径可以满足不同功率容量要求，调节旁路电容和去耦电容的大小可以满足不同频率的要求。通过在套筒1末端接一开孔圆盘构成的短路负载，使残余微波能量反射回同轴传输线再次被旁去耦电容10、旁路电容8和吸波材料5滤出和吸收。安装在套筒1上的散热片6，可以把微波损耗过程中产生的热量及时散发出去，保证套筒的正常工作。
实施例2
如图3、图4所示，本例散热片沿套筒1径向均匀分布，散热片成放射状。本例散热片6可以采用矩形铜片焊接在套筒上构成。本例磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置结构其他结构与实施例1相同，此处不再赘述。
采用本发明的磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，替代λ/4扼流套筒和LC滤波套筒的设计，减低了设计成本和系统的复杂性，具有结构简单，紧凑小巧，加工方便，成本低廉，易于生产的特点。
通过实际测量，未安装本发明的装置前，外场的泄漏电场在2.45GHZ频点达到了20V/m，如图5所示，而加了本发明装置后，同一位置的泄露电场仅为3.5mV/m左右，如图6所示，达到了良好的吸收效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，内导体(3)置于套筒(1)内且与套筒(1)同轴；连接面(2)封堵在套筒始端并连接套筒(1)和内导体(3)；短路片(4)封堵在套筒末端；套筒(1)、连接面(2)、内导体(3)、短路片(4)为良导体；连接面(2)与短路片(4)通过套筒(1)形成电连接；内导体沿套筒中轴线穿过短路片(4)的中部孔洞与连接面连接后外伸；所述连接面(2)和短路片(4)的置于套筒(1)内的部分贴合有陶瓷片；旁路电容(8)安装在套筒始端并与套筒和内导体相连接；去耦电容(10)安装在套筒末端与套筒和内导体相连接；套筒横截面为圆形；所述套筒外表面上安装有散热片(6)；套筒与内导体之间填充吸波材料(5)；所述旁路电容和去耦电容为大电容和小电容构成的并联电容组，以保证工作频段和更好的滤波效果，降低散热要求。
2.根据权利要求1所述的一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，所述旁路电容和去耦电容为TDK陶瓷贴片电容。
3.根据权利要求1所述的一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，所述旁路电容和去耦电容安装在陶瓷片上并与套筒和内导体相连。
4.根据权利要求1所述的一种复合型磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，所述套筒内径和内导体外径比满足1.65的关系，以保证同轴线的功率容量。
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