CN106206220B - 大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置 - Google Patents

大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率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。将均匀微波传输线与电阻薄膜结合，套筒内表面上镀电阻薄膜，有利于有效地消耗泄漏微波功率，提高散热效率和避免产生热点。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

大功率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，特别是大功率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。特别是在工业加热应用中具有连续波、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产生致命影响。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。磁控管阴极引出线的泄漏功率不可忽略。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。实际上现工业用大功率磁控管常常出现微波通过阴极电缆耦合到控制机柜的情况，严重影响磁控管的正常工作。现常用的应急措施是：在磁控管阴极电缆的输入端剥离掉一段屏蔽层，但这样做存在缺陷，一方面微波信号会辐射到环境空间，对环境造成电磁污染，产品不能满足相关的电磁兼容标准，另一方面环境空间的电磁信号也可能通过线缆、孔逢耦合到控制机柜，影响控制系统的正常工作。
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，提供一种大功率、长时间工作的磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，利用短路反射同轴线结构和电阻薄膜材料阻止微波泄漏。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，主要包括套筒1、连接面2、内导体3、短路片4和陶瓷绝缘片6；内导体3沿套筒1中轴线穿过陶瓷绝缘片6与阴极电缆连接；内导体一端通过连接面2与套筒1的始端联接，内导体另一端通过套置陶瓷绝缘片6后由套筒1的末端伸出；所述陶瓷绝缘片6与套筒末端腔体间设置有短路片4；所述套筒横截面为圆形，套筒内表面上镀电阻薄膜，套筒外表面上设置有冷却装置。
本发明的大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，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，被套筒内表面上的电阻薄膜充分吸收，其转化的热量被散热片或冷却装置带走，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，短路片和连接面构成同轴线短路负载，其全反射的特性可将微波能量限制在套筒长度这段空间中，方便电阻薄膜对微波能量充分吸收，以最大限度阻止微波泄漏。另一方面内导体的采用保证同轴线传输系统的均匀，避免因过早产生反射而带来的热点问题。此外套筒内表面上电阻薄膜能通过散热片或冷却装置把吸收微波而产生的热量快速带走。
进一步的，所述套筒内径足够大，以保证足够的电阻薄膜表面积。
由于套筒相当于同轴线传输系统的外导体，其内径除了满足同轴传输线功率容量要求外，还应当保证电阻薄膜表面积，以利于微波充分吸收。
进一步的，所述套筒长度足够长，且不等于半波长的整数倍。
套筒长度足够长利于微波充分吸收和快速散发热量。套筒长度不等于半波长的整数倍，以保证不产生阻尼震荡和使热量分部均匀，避免产生热点。
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，以利于封闭微波能量和防止微波泄漏，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。将均匀微波传输线与电阻薄膜结合，套筒内表面上镀电阻薄膜，有利于有效地消耗泄漏微波功率，提高散热效率和避免产生热点。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。
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的大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护防护装置为例进行说明。
如图1、2所示，本例磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，包括套筒1、连接面2、内导体3、短路片4、电阻薄膜5、陶瓷绝缘片6和散热片7。本例电阻薄膜5采用镍铬合金，厚度为0.02mm。本例连接面2安装在套筒1始端，短路片4安装在套筒1末端，陶瓷绝缘片6安装在内导体3和短路片4之间，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7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中轴线穿过短路片4与连接面2连接，通过连接面2与磁控管阴极电缆(图中未示出)连接。电阻薄膜5镀在套筒内表面上。本例中，套筒1、连接面2、短路片4和散热片7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5mm，短路片直径与套筒直径相同。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7、短路片4及内导体3都为紧密电接触，陶瓷绝缘片6的厚度应尽量小，并与内导体3和短路片4形成紧密接触，以减少微波泄漏。为了保证微波充分吸收，套筒直径D应足够大，以保证足够的电阻薄膜表面积和充分的功率容量，以利于微波快速吸收。
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内表面上镀电阻薄膜5，使微波在传输过程中被吸收。调节套筒1的直径可以满足不同功率容量和工作频带的要求。通过在套筒1末端接一开孔圆盘构成的短路片4(短路负载)，使残余微波能量反射回同轴传输线再次被电阻薄膜5吸收。安装在套筒1上的散热片7，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，本例散热装置7为一水冷箱结构，沿套筒1外表面形成一圆柱环型密闭空间，左下方为进水口，右上方为出水口，以利于把微波损耗过程中产生的热量及时散发出去。本例散热装置7可以采用空心套筒和两端的金属片铜片焊接在套筒1外表面上构成。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18mV/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 (3)

1.大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，主要包括套筒(1)、连接面(2)、内导体(3)、短路片(4)和陶瓷绝缘片(6)；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(3)沿套筒(1)中轴线穿过陶瓷绝缘片(6)与阴极电缆连接；内导体一端通过连接面(2)与套筒(1)的始端联接，内导体另一端通过套置陶瓷绝缘片(6)后由套筒(1)的末端伸出；所述陶瓷绝缘片(6)与套筒末端腔体间设置有短路片(4)；所述套筒横截面为圆形，套筒内表面上镀电阻薄膜，套筒外表面上设置有冷却装置；所述套筒长度足够长，且不等于半波长的整数倍，以保证足够的电阻薄膜表面积和充分的功率容量，以利于微波快速吸收；所述冷却装置为一水冷箱结构，沿套筒(1)外表面形成一圆柱环型密闭空间，左下方为进水口，右上方为出水口。
2.根据权利要求1所述的大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，所述套筒内径足够大，以保证足够的电阻薄膜表面积。
3.根据权利要求1所述的大功率磁控管阴极电缆微波泄漏防护装置，其特征在于，所述良导体为铜材。
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