CN107645025A - 多模辐射超大功率微波水负载 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多模辐射超大功率微波水负载，包括水平设置的柱形水箱，柱形水箱内部同轴设置有隔离管，隔离管内同轴安装有缝隙辐射式开口波导，柱形水箱、缝隙辐射式开口波导、隔离管之间均为密封连接，且缝隙辐射式开口波导的前端伸出隔离管；柱形水箱后端内壁、且位于中心轴线上设置有朝向隔离管后端部的反射板，反射板用于将缝隙辐射式开口波导的来波信号反射至柱形水箱中，柱形水箱的后端还分别设置有进水口和出水口；通过在波导的传输线开缝，缝隙辐射出微波能量，然后外加介质密封缝隙辐射器，实现用水吸收微波功率并通过水冷循环来将热量散失掉，解决了传统的水负载匹配性能差、承受功率小、反射系数大的问题。

Description

多模辐射超大功率微波水负载

【技术领域】

本发明属于波导馈线技术领域，尤其涉及多模辐射大功率微波水负载。

【背景技术】

现代雷达天线设备中，链路信号的载体主要依靠波导馈线来实现，其中作为馈线链路的终端设备——波导负载被广泛应用。传统大功率波导负载主要有干式负载，干式水冷负载、水负载，其体积和重量都较大，而且散热效果不具备优势，波导大功率水负载以水作为微波毫米波能量的吸收媒质，同时又是散热媒质，因而在微波大功率吸收负载中作为散热性好，轻质量，超大功率容量的大功率负载被广泛应用于大功率链路的终端。传统的水负载都是把水引入波导中直接对波导中的微波能量进行吸收，为了匹配，水的容器需要做成反射系数小的匹配形状，这给水容器的制作带来困难，同时，水容器的存在也削弱了负载吸收功率的能力。在超大功率情况下，以及在特殊波导传输模式情况下，传统的水负载在匹配性能和承受大功率、适应不同波导传输模式的能力受到限制。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种多模辐射大功率微波水负载，以解决传统的水负载匹配性能差、承受功率小、反射系数大的问题。

本发明采用以下技术方案：多模辐射超大功率微波水负载，包括水平设置的柱形水箱，柱形水箱内部同轴设置有隔离管，隔离管内同轴安装有缝隙辐射式开口波导，柱形水箱、缝隙辐射式开口波导、隔离管之间均为密封连接，且缝隙辐射式开口波导的前端伸出隔离管；

柱形水箱后端内壁、且位于中心轴线上设置有朝向隔离管后端部的反射板，反射板用于将缝隙辐射式开口波导的来波信号反射至柱形水箱中，柱形水箱的后端还分别设置有进水口和出水口，进水口用于向柱形水箱内供水，出水口用于将柱形水箱内的水排出，以促进柱形水箱内形成流通水通道。

进一步地，反射板为锥形，锥形尖端朝向隔离管的后端。

进一步地，缝隙辐射式开口波导为矩形波导、圆形波导、方形波导、双脊波导、单脊波导或同轴线，且缝隙辐射式开口波导的电场辐射面和磁场辐射面上开设有多个辐射缝隙。

进一步地，隔离管后端部与柱形水箱之间设置有固定支撑架。

进一步地，进水口连接有进水管，进水管深入柱形水箱的内部。

进一步地，柱形水箱的外部设置有支撑体。

本发明的有益效果是：通过在波导的传输线开缝，缝隙辐射出微波能量，然后外加介质密封缝隙辐射器，再通过注入水作为吸收体将微波能量吸收，此结构形式可将任何一种通过传输线缝隙辐射而实现的负载本身承受功率容量发挥到最大，实现用水吸收微波功率并通过水冷循环来将热量散失掉，有效吸收微波功率降低反射功率，开口波导辐射口对应增加铝材或铜材“锥形”反射面板，且锥形尖部朝向波导辐射口，有效将波导内来波信号反射到水箱中，从而增加波导内辐射出的电磁能量，进而能被更好的吸收，降低了水负载的反射系数。

【附图说明】

图1为本发明多模辐射超大功率微波水负载的结构示意图；

图2为本发明中缝隙辐射开口波导为矩形波导时的结构示意图；

图3为本发明中缝隙辐射开口波导为脊波导的结构示意图；

图4为本发明中缝隙辐射开口波导为圆波导的结构示意图；

图5为本发明中缝隙辐射开口波导为同轴线的结构示意图；

图6为本发明中锥形反射板的结构示意图。

其中：1.水腔；2.缝隙辐射开口波导；3.隔离管；4.进水口；5.出水口；6.支撑介质体；7.反射板；8.支撑体。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了多模辐射超大功率微波水负载，如图1所示，包括水平设置的柱形水箱1，柱形水箱1的外部设置有支撑体8，由于柱形水箱1为柱形，侧面为弧面，当其横向放置时，为了避免其滚动及其稳定性，在其外表面安装有支撑体8，保证了其的稳定性。

柱形水箱1内部同轴设置有隔离管3，隔离管3使得水介质与波导腔隔离开，使得波导腔自身承受功率发挥到最大，具有功率容量大、频带宽、体积小、结构紧凑等优点，可广泛的应用于大功率馈线链路中。

隔离管3内同轴安装有缝隙辐射式开口波导2，如图2、图3、图4、图5所示，缝隙辐射式开口波导2为矩形波导、圆形波导、方形波导、双脊波导、单脊波导、同轴线。常规情况下开口波导对空辐射，其回波损耗约10dB，本发明中通过在缝隙辐射式开口波导2的电场辐射面和磁场辐射面上开设有多个辐射缝隙，可有效提升端口的回波损耗优于20dB，且对于波导本身基于主模的辐射模式，其高阶模式同样可通过此方案来实现。缝隙辐射式开口波导2的前端伸出隔离管3，柱形水箱1、缝隙辐射式开口波导2、隔离管3之间均为密封连接。为了保证水负载的稳定性，缝隙辐射式开口波导2与隔离管3固定连接，可通过现有技术中的卡扣、法兰盘等固定方式连接。

隔离管3后端部与柱形水箱1之间设置有固定支撑架6，可以保证隔离管3与柱形水箱1之间的同心度和稳定性。如图6所示，柱形水箱1后端内壁、且位于中心轴线上设置有朝向隔离管3后端部的反射板7，反射板7为锥形，采用铝材或铜材制成，锥形尖端朝向隔离管3的后端，反射板7用于将缝隙辐射式开口波导2的来波信号反射至柱形水箱1中。

由此可知，缝隙辐射式开口波导2向柱形水箱1底部辐射出的能量通过锥形表面向外反射至柱形水箱1中的存水中，提高了柱形水箱1内的水对于辐射能量的吸收，当未设置反射板7时，缝隙辐射式开口波导2向柱形水箱1底部辐射出的能量有部分会通过柱形水箱1的底部反射回缝隙辐射式开口波导2，造成柱形水箱1只能吸小部分辐射能量。

水箱1的底部还分别设置有进水口4和出水口5，进水口4用于向柱形水箱1内供水，进水口4连接有进水管，进水管深入柱形水箱1的内部，在供水时，保证柱形水箱1内的水有效循环，避免产生难以流动的死水，提升水负载的热度。

出水口5用于将柱形水箱内的水排出，进水口4、进水管、出水口5可以促进柱形水箱1内形成流通水通道，保证水负载在工作时，柱形水箱1内形成完整的水流通通道。

本发明采用多模耦合辐射，使微波能量以多种模式耦合辐射到水容器中(多种模式包含：TE、TM、TEM模，以对应传输模式的电场和磁场特性，在传输线电场和磁场面开缝耦合，将微波能量辐射到传输线外部，避免了把水容器放到传输微波能量的波导中去而影响波导传输功率的能力，采用多模耦合辐射的原理，不管是矩形波导、圆形波导、脊型波导，同轴传输线等都可以实现超大功率的水吸收负载，而不影响原先传输线的功率承受能力。而水容器的设计则变得非常容易而可以根据实际应用的功率改变水的输入输出流量及其外形直径。

本实施例中，缝隙辐射开口波导其电气性能通过预先仿真计算获得一个数值较大的回波损耗。针对本实例中频段可覆盖主模频率2.6～3.95GHz的范围，实现了波导主模全频带的覆盖；另外在整个水腔的设计上采用封闭式U形水腔，可实现多模吸收方式，因而高频(＞3.95GHz)优势更加明显，体现了多模式吸收的特性。

本发明对于各种波导类器件如：矩形波导、圆形波导、脊型波导在各种传输模式如：基模、高次模、TE或TM模情况下均能实现超大功率负载、实现良好的宽带阻抗匹配，功率能到达自身波导的极限值，频率范围覆盖200MHz～300GHz内任意波导频段。

Claims (6)

1.多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，包括水平设置的柱形水箱(1)，所述柱形水箱(1)内部同轴设置有隔离管(3)，所述隔离管(3)内同轴安装有缝隙辐射式开口波导(2)，所述柱形水箱(1)、缝隙辐射式开口波导(2)、隔离管(3)之间均为密封连接，且所述缝隙辐射式开口波导(2)的前端伸出隔离管(3)；

所述柱形水箱(1)后端内壁、且位于中心轴线上设置有朝向所述隔离管(3)后端部的反射板(7)，所述反射板(7)用于将缝隙辐射式开口波导(2)的来波信号反射至所述柱形水箱(1)中，所述柱形水箱(1)的后端还分别设置有进水口(4)和出水口(5)，所述进水口(4)用于向所述柱形水箱(1)内供水，所述出水口(5)用于将所述柱形水箱内的水排出，以促进所述柱形水箱(1)内形成流通水通道。

2.如权利要求1所述的多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，所述反射板(7)为锥形，所述锥形尖端朝向所述隔离管(3)的后端。

3.如权利要求1或2所述的多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，所述缝隙辐射式开口波导(2)为矩形波导、圆形波导、方形波导、双脊波导、单脊波导或同轴线，且所述缝隙辐射式开口波导(2)的电场辐射面和磁场辐射面上开设有多个辐射缝隙。

4.如权利要求3所述的多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，所述隔离管(3)后端部与所述柱形水箱(1)之间设置有固定支撑架(6)。

5.如权利要求3所述的多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，所述进水口(4)连接有进水管，所述进水管深入所述柱形水箱(1)的内部。

6.如权利要求3所述的多模辐射超大功率微波水负载，其特征在于，所述柱形水箱的外部设置有支撑体(8)。