CN108511862A - 一种大功率微波同轴自动阻抗调配器 - Google Patents

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张朝阳
胡诗婕
傅文杰
鄢扬
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices

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Abstract

本发明公开了一种大功率微波同轴自动阻抗调配器，属于微波阻抗调配器技术领域。本发明包括驻波检测模块、微处理器计算模块、驱动电机、同轴主传输线和三个同轴匹配支节；驻波检测模块测量同轴主传输线内的反射系数的幅值和相位，微处理器计算模块读取反射系数后计算得到三个同轴匹配支节为达到系统匹配所需的长度，进而转化为三个短路滑块的位置，通过驱动电机调节三个滑块的位置，从而实现阻抗的自动匹配；本发明所述调配器整体结构简单紧凑，具有体积小，成本低，鲁棒性好、功率容积大，调配范围广。

Description

一种大功率微波同轴自动阻抗调配器
技术领域
本发明属于微波阻抗调配器技术领域，具体涉及一种大功率微波同轴自动阻抗调配器。
背景技术
大功率微波通常是指峰值功率千瓦级以上、平均功率百瓦级以上的微波。在大功率微波应用系统中，由于微波的功率大，如果系统对微波反射大，将导致微波能量不能完全应用于负载，造成能量的浪费。如果反射功率过大并进入微波源，还会使微波源的温度急剧上升，导致微波源损坏。因此，在大功率微波系统中通常采用阻抗调配器降低负载反射功率，提高微波利用效率。
在固定负载阻抗情况下，通常采用固定阻抗变换器或手动阻抗调配器来实现阻抗调配和匹配。然而，在负载不断变化的应用中(如微波等离子体、微波烘干加热等)，负载情况会不断产生变化，固定或手动阻抗调配器不能够满足系统变化的需要，只有自动阻抗调配器可以解决这一问题。现有技术的自动阻抗调配器由矩形波导中的三个销钉构成或者由单个销钉通过波导顶部槽线实现水平移动与插入深度控制实现，其结构复杂，频带窄，而且销钉过深距离波导底部过近，会导致电击穿，所以这类匹配器功率容积受限，调配范围受限，有较大的调配死角，精度低。
发明内容
本发明的目的是改善现有技术中矩形波导阻抗调配器结构复杂、体积大、鲁棒性差、调配范围小、功率容积低以及调节不精准的缺点，提供一种紧凑的大功率微波同轴自动阻抗调配器。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种大功率微波同轴自动阻抗调配器，包括驻波检测模块、微处理器计算模块、驱动电机、同轴主传输线和三个同轴匹配支节；
同轴主传输线包括第一传输线和第二传输线；第一传输线和第二传输线通过法兰盘连接；第一传输线的另一端为自动阻抗调配器的输入端，第二传输线的另一端接负载；驻波检测模块位于第一传输线的顶部，由一段包括三个耦合探针的传输线和处理电路组成，用于测量第一传输线的反射系数的幅值和相位；三个同轴匹配支节分别与第二传输线径向连接；每个同轴匹配支节的内外导体之间有一个短路滑块，短路滑块为良导体且与同轴匹配支节的内导体和外壳保持良好接触，可沿同轴调配支节的内导体方向移动；每个短路滑块连接一个驱动电机；微处理器计算模块的输入端连接驻波检测模块，输出端连接三个驱动电机；
三个同轴匹配支节垂直于主传输线，相间间隔为1/8工作波长的整数倍；
第一传输线和第二传输线为同轴波导；
驻波检测模块测量同轴主传输线内的反射系数的幅值和相位，微处理器计算模块读取反射系数后计算得到三个同轴匹配支节为达到系统匹配所需的长度，进而转化为三个短路滑块的位置，通过驱动电机调节三个滑块的位置，从而实现阻抗的自动匹配。
匹配支节具有与主传输线相同的特性阻抗，其为与主传输线同规格或不同规格的传输线。
本发明的有益效果是：
相比于现有技术的类似尺寸的大功率微波同轴阻抗调配器，本发明采用中空的同轴线支节匹配，功率容积可以做到远大于矩形波导调配器；此外，现有技术中由于矩形波导存在色散，在相同频率条件下，矩形波导中微波波导波长要大于同轴结构中的微波波导波长，因此在同样的短路支节匹配形式下，本发明所述方案采用同轴结构的阻抗调配器的结构尺寸将小于采用矩形波导的阻抗调配器；本发明所述调配器整体结构简单紧凑，体积小，成本低，鲁棒性好、功率容积大，调配范围广。
附图说明
图1为本发明所述同轴匹配部分的三维结构示意图；
图2为本发明所述同轴匹配部分的三维结构纵向剖面示意图；
图3为本发明所述同轴匹配部分的平面纵向剖面示意图；
图4为本发明所述自动阻抗调配器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种大功率微波同轴自动阻抗调配器，其同轴匹配部分的三维结构示意图、三维结构纵向剖面示意图和平面纵向剖面示意图分别如图1-3所示，自动阻抗调配器的结构示意图如图4所示，包括驻波检测模块、微处理器计算模块、驱动电机、同轴主传输线和三个同轴匹配支节；
同轴主传输线包括第一传输线和第二传输线；第一传输线和第二传输线通过法兰盘连接；第一传输线的另一端为自动阻抗调配器的输入端，第二传输线的另一端接负载；驻波检测模块位于第一传输线的顶部，由一段包括三个耦合探针的传输线和处理电路组成，用于测量第一传输线的反射系数的幅值和相位；三个同轴匹配支节2分别与第二传输线1径向连接；每个同轴匹配支节的内外导体之间有一个短路滑块3，短路滑块3为良导体且与同轴匹配支节的内导体和外壳保持良好接触，可沿同轴调配支节的内导体方向移动；每个短路滑块连接一个驱动电机；微处理器计算模块的输入端连接驻波检测模块，输出端连接三个驱动电机；
驻波检测模块测量同轴主传输线内的反射系数的幅值和相位，微处理器计算模块读取反射系数后计算得到三个同轴匹配支节为达到系统匹配所需的长度，进而转化为三个短路滑块的位置，通过驱动电机调节三个滑块的位置，从而实现阻抗的自动匹配。
选取工作频率2.45GHz，特性阻抗50Ω；选取主传输线内导体直径20mm,同轴线内部介质为空气，外导体直径应为46mm。此时，工作波长为122.45mm，三个支节相距间隔取1/8工作波长的两倍即为30.6mm。支节尺寸为选择与主传输线同规格。理论上功率容量可以达到5000W。
同轴匹配支节的内导体与外导体壳及金属滑块均选择损耗较小的无氧铜。金属滑块为套装在支节内导体上的圆柱状金属块，内有直径稍大于20mm的开孔，外径与同轴线外径保持一致，为46mm。
通过调节三个同轴匹配支节中金属滑块的不同位置，可以达到全相位条件下VSWR最大为35的阻抗调配。
三个同轴匹配支节为并联关系，在保持间隔为30.6mm的情况下，只需要保持其内导体与主传输线纵向一致即可，三个支节不需要处于同一水平面内，根据具体的实施环境可以做出进一步的改变。

Claims (5)

1.一种大功率微波同轴自动阻抗调配器，其特征在于，包括驻波检测模块、微处理器计算模块、驱动电机、同轴主传输线和三个同轴匹配支节；
同轴主传输线包括第一传输线和第二传输线；第一传输线和第二传输线通过法兰盘连接；第一传输线的另一端为自动阻抗调配器的输入端，第二传输线的另一端接负载；驻波检测模块位于第一传输线的顶部，由一段包括三个耦合探针的传输线和处理电路组成，用于测量第一传输线的反射系数的幅值和相位；三个同轴匹配支节分别与第二传输线径向连接；每个同轴匹配支节的内外导体之间有一个短路滑块，短路滑块为良导体且与同轴匹配支节的内导体和外壳保持良好接触，可沿同轴调配支节的内导体方向移动；每个短路滑块连接一个驱动电机；微处理器计算模块的输入端连接驻波检测模块，输出端连接三个驱动电机。
2.根据权利要求1所述的大功率微波同轴自动阻抗调配器，其特征在于，三个同轴匹配支节垂直于主传输线，相间间隔为1/8工作波长的整数倍。
3.根据权利要求1所述的大功率微波同轴自动阻抗调配器，其特征在于，第一传输线和第二传输线为同轴波导。
4.根据权利要求1所述的大功率微波同轴自动阻抗调配器，其特征在于，匹配支节具有与主传输线相同的特性阻抗，其为与主传输线同规格或不同规格的传输线。
5.根据权利要求1所述的大功率微波同轴自动阻抗调配器，其特征在于，驻波检测模块测量同轴主传输线内的反射系数的幅值和相位，微处理器计算模块读取反射系数后计算得到三个同轴匹配支节为达到系统匹配所需的长度，进而转化为三个短路滑块的位置，通过驱动电机调节三个滑块的位置，从而实现阻抗的自动匹配。
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