CN107819183A - 一种吊装式谐振腔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊装式谐振腔装置，包括仅上端面成开口状的谐振腔、位于谐振腔上方的上盖板、用于控制谐振腔上下移动的驱动结构，所述上盖板通过吊装结构吊装在真空室的内顶部，所述上盖板的下表面上设置有用于对谐振腔移动限位的限位装置。本方案谐振腔采用上端面开口结构，与上盖板之间采用分体式结构，通过驱动结构施加压力的方式使谐振腔腔体和一体化盖板紧密结合，整个谐振腔结构不需要螺钉固定，既可以使谐振腔腔壁降低，又可以避免螺钉滑丝；整个结构省去了螺钉的使用降低了谐振腔的壁厚，降低了谐振腔加工难度，合理分配重量，避免因为自重引起的滑丝等不良现象，提高了测试结构重复使用次数，降低了单次测试均摊的成本。

Description

一种吊装式谐振腔装置

技术领域

本发明涉及谐振腔技术领域，具体涉及一种适用于超高温条件下材料介电特性测试的吊装式谐振腔装置。

背景技术

材料介电特性测试是雷达罩设计不可回避的问题。随着各种飞行器设计飞行速度越来越高，其雷达罩表面温度由于摩擦和气动散热的原因，温度通常都会在1000℃以上。温度上升会引起天线罩材料的介电特性发生变化，不如介电常数和损耗叫正切会发生变化，二这两个数值变化时会引起雷达信号发射/接收功率和相位发生变化，从而影响雷达的型能。因此，正确的测量表征超高温情况下雷达罩材料介电特性，对于雷达设计人员选择雷达罩材料至关重要。

对于低损耗材料介电特性测试的方法主要有以下几种，分别是平行板电容法、传输线法和谐振腔法。这几种方法各有优劣，分别适用于不同材料和测试频率情况下的测试环境。平行板电容法适用于平板材料，测试精度高，但是测试频率最高只能到1GHz；传输线法是将待测材料填充入传输线当中，通过测量其通过/反射参数计算得到其介电特性参数，需要将材料加工成指定形状，高频情况下细微结构加工困难；谐振腔法是将待测材料放置于谐振腔结构中，通过测量加载材料前后谐振腔Q值变化计算得到材料的介电特性，该方法计算精确，可以精确测量损耗极低的材料。

超高温材料介电特性测试主要受限于承载和测试材料的谐振腔。常用的结构通常是上下各一个谐振腔盖，谐振腔盖通过定制的高温材料螺钉固定在圆柱形立面上，通常存在以下材料和结构方面不足：

采用螺钉固定上谐振腔盖、下谐振腔盖和谐振腔腔体的结构，需要腔体有足够的壁厚来开螺纹孔，但是这样会增加整个谐振腔的重量。腔体安装完成后，只能靠螺钉来承受腔体本身的自重有限，在高温环境中，容易造成滑丝，即会降低测试精度和重复性，增加测试成本。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种吊装式谐振腔装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种吊装式谐振腔装置，包括仅上端面成开口状的谐振腔、位于谐振腔上方的上盖板、用于控制谐振腔上下移动的驱动结构，所述上盖板通过吊装结构吊装在真空室的内顶部，所述上盖板的下表面上设置有用于对谐振腔移动限位的限位装置。本方案谐振腔采用上端面开口结构，与上盖板之间采用分体式结构，通过驱动结构施加压力的方式使谐振腔腔体和一体化盖板紧密结合，整个谐振腔结构不需要螺钉固定，既可以使谐振腔腔壁降低，又可以避免螺钉滑丝；整个结构省去了螺钉的使用降低了谐振腔的壁厚，降低了谐振腔加工难度，合理分配重量，避免因为自重引起的滑丝等不良现象，提高了测试结构重复使用次数，降低了单次测试均摊的成本。采用该结构，将所有的重量分配给吊装结构和驱动结构，使相同体积下系统承重能力增加。采用吊装结构，谐振腔输入/输出端口传输线可以根据不同的测试频段将上盖板整体更换，减少搭建测试环境所需的时间。传输线结构简洁，不需要耐火砖等额外的支撑材料。

作为优选，吊装结构包括设置在上盖板两端的吊装支架，吊装支架两端分别通过螺栓与真空室、上盖板连接。()

作为优选，限位装置的水平截面成圆形，其与上盖板的连接处的直径与谐振腔直径相等，且自上盖板的连接端至另一端其直径逐渐增大，即成喇叭状。限位装置对谐振腔限位，测试过程中谐振腔上端与上盖板贴合，使谐振腔与上盖板在水平方向不发生相对位移，实现谐振腔在上升过程的精准定位。将限位装置设置为喇叭状，谐振腔在上升过程中，不会与限位装置发生碰撞，且若限位装置与谐振腔之间定位不准时，可起到缓慢纠错的作用，实现精准定位。喇叭状结构斜面平滑，与谐振腔垂直外表面接触时阻力更小，谐振腔收到损伤更小，保护谐振腔，提高了谐振腔重复使用次数。

作为优选，所述谐振腔的下部设置有用于放置热电偶的热电偶孔。由于现有谐振腔结构的限制，热电偶采用捆绑式结构，其仅能测试谐振腔表面温度，测试不准确。采用本方案的结构，即可在在谐振腔的底部的设置热电偶孔，即可将热电偶深入加热部分底部，提高测量精确。

进一步的，所述热电偶孔与谐振腔的中心轴垂直。采用该结构，便于开孔制作。

作为优选，所述谐振腔、上盖板均采用钽制作而成，且谐振腔内表面和上盖板的下表面均镀有一层铱。现有的谐振腔主要采用石墨、钼基高温材料、铂铑合金等材料制备，其存在以下缺陷：1、石墨制材料很脆，运输和拆装过程中很容易因为外力影响造成损坏；2、采用钼金属材料，在温度高于1100℃时，其金属表面活化会导致腔体Q值降低；3、采用铂铑合金制造高Q腔，昂贵的贵金属材料成本造成设备造价高昂。本方案采用金属钽制作谐振腔、上盖板，钽熔点温度很高达到2995℃，仅次于碳、钨、铼、锇，可以耐受极高的温度，其韧性好，膨胀系数低，高温情况下形变小；材料成本低；在一体化盖板下表面和圆柱谐振腔内表面镀铱，可以提高电导率，提高腔体Q值。且采用钽制作谐振腔、上盖板，在谐振腔内表面和上盖板的下表面镀铱，实现低成本、高性能的谐振腔制作。

作为优选，所述驱动结构包括液压杆和用于驱动液压杆上下移动的液压站。

进一步的，所述吊装结构和液压杆均采用铁钴镍高温合金制成。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的谐振腔采用上端面开口结构，与上盖板之间采用分体式结构，通过驱动结构施加压力的方式使谐振腔腔体和一体化盖板紧密结合，整个谐振腔结构不需要螺钉固定，既可以使谐振腔腔壁降低，又可以避免螺钉滑丝；整个结构省去了螺钉的使用降低了谐振腔的壁厚，降低了谐振腔加工难度，合理分配重量，避免因为自重引起的滑丝等不良现象，提高了测试结构重复使用次数，降低了单次测试均摊的成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的立体图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明的上盖板与谐振腔处于分离状态细节图。

图4是本发明上盖板底面视图。

图5是本发明的上盖板的剖视图。

图中的附图标记名称为：

1、真空室；2、吊装支架；3、上盖板；4、谐振腔；5、热电偶孔，6、液压杆；7、限位装置；8、液压站；9、耦合结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、2、3所示的一种吊装式谐振腔装置，包括仅上端面成开口状的谐振腔4、位于谐振腔4上方的上盖板3、用于控制谐振腔4上下移动的驱动结构；谐振腔4仅上端面成开口状，即其成圆筒状。测试时，驱动结构驱动谐振腔4上移与上盖板3贴合；测试过程中，驱动结构持续施加固定压力保证测试过程中一体化上盖板3和圆筒形谐振腔4不发生相对位移甚至脱落情况。上盖板3通过吊装结构吊装在真空室1的内顶部，上盖板3的下表面上设置有用于对谐振腔4移动限位的限位装置7，确保谐振腔4与上盖板3精确定位后，与上盖板3紧密接触。需要说明的是，本申请文件中所有的方位词，譬如：上、下、水平等，均指正常使用时，即测试过程中的状态方位词。

本实施例的谐振腔装置可适用于超高温条件下材料介电特性测试，也可适用于其他条件的材料介电特性测试，整个结构不需要螺钉孔固定，解决了谐振腔上下盖板承重问题和滑丝问题。

实施例2

本实施例在上述实施原理和结构的基础上对上述结构进行细化，即如图1所示，吊装结构包括设置在上盖板3两端的吊装支架2，吊装支架两端分别通过螺栓与真空室1、上盖板3连接。真空室1可采用不锈钢材料制成。在上盖板3上设置对称的耦合结构9，包括且不仅限于耦合孔、耦合环和耦合探针。耦合结构9置于限位装置7内，作为测试微波信号耦合的结构。

如图4、5所示，限位装置7的水平截面成圆形，其与上盖板3的连接处的直径与谐振腔4直径相等，使谐振腔4与上盖板贴合时在水平面上不会发生相对位移，且自上盖板3的连接端至另一端其直径逐渐增大。限位装置7也可采用等径结构，但是，采用该结构，谐振腔4在上下移动过程中，两者会发生摩擦，不利于对谐振腔的保护。

谐振腔4的下部设置有用于放置热电偶的热电偶孔5，具体的，热电偶孔与谐振腔4的中心轴垂直，即成水平状。热电偶可采用B型热电偶，实时监测测试温度。

如图1所示，驱动结构可采用液压杆6和用于驱动液压杆6上下移动的液压站8结构实现，液压杆6一端位于真空室内，另一端与液压站8相连位于真空室外。谐振腔4可通过螺纹与液压杆连接固定。

采用本实施例的结构，谐振腔4通过驱动结构施压实现与上盖板3的紧密贴合，与上盖板之间不需要任何的螺钉固定。结构方面由于采用了分体结构，通过施加压力的方式使谐振腔和上盖板紧密结合，整个谐振腔结构不需要销钉固定，既可以使谐振腔腔壁降低，又可以避免螺钉滑丝。上下分体式结构将所有的重量分配给吊装支架和液压杆，相同体积下系统承重能力增加。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上做了优化，即对谐振腔等制作材料进行优化，谐振腔4、上盖板3均采用钽制作而成，且谐振腔4内表面和上盖板3的下表面均镀有一层铱；吊装结构和液压杆6均采用铁钴镍高温合金制成。采用钽制作谐振腔4和上盖板，解决现有石墨材料制造的谐振腔易损坏、钼材料谐振腔在高于1100℃情况下不能正常测试、铂铑合金制造谐振腔成本昂贵的问题。铱的厚度要大于电磁波在导体表面的趋肤深度δ。趋肤深度计算得到，f为测试频率，u＝1为相对磁导率，σ＝18.8e6S/m为电导率。举个例子，假如测试频率f＝2GHz，趋肤深度计算得到为2.59微米，所以涂层的厚度不能低于2.59微米。

采用该装置测试介质材料的介电常数时，首先在耦合结构9位置安装耦合波导结构以及波导-同轴转换器，通过网络分析仪测量空腔状态下的腔体谐振频点和Q值，然后将圆片状材料放入圆柱谐振腔，谐振腔可以使用感应加热或者传导加热，网络分析仪测试信号从耦合结构进出，测量得到高温条件加载材料后的腔体Q值和谐振频点，通过算法计算得到节点材料的介电常数和损耗角正切。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，包括仅上端面成开口状的谐振腔(4)、位于谐振腔(4)上方的上盖板(3)、用于控制谐振腔(4)上下移动的驱动结构，所述上盖板(3)通过吊装结构吊装在真空室(1)的内顶部，所述上盖板(3)的下表面上设置有用于对谐振腔(4)移动限位的限位装置(7)。

2.根据权利要求1所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述吊装结构包括设置在上盖板(3)两端的吊装支架(2)，所述吊装支架两端分别通过螺栓与真空室(1)、上盖板(3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述限位装置(7)的水平截面成圆形，其与上盖板(3)的连接处的直径与谐振腔(4)直径相等，且自上盖板(3)的连接端至另一端其直径逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述谐振腔(4)的下部设置有用于放置热电偶的热电偶孔(5)。

5.根据权利要求4所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述热电偶孔与谐振腔(4)的中心轴垂直。

6.根据权利要求1所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述谐振腔(4)、上盖板(3)均采用钽制作而成，且谐振腔(4)内表面和上盖板(3)的下表面均镀有一层铱。

7.根据权利要求1所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述驱动结构包括液压杆(6)和用于驱动液压杆(6)上下移动的液压站(8)。

8.根据权利要求7所述的一种吊装式谐振腔装置，其特征在于，所述吊装结构和液压杆(6)均采用铁钴镍高温合金制成。