CN108955932A - 一种波导热敏式测辐射热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波导热敏式测辐射热装置，非金属短路环的右侧连接有滑块固定器，T型横杆结构的阻抗变换器的纵向部分为探针，T型横杆结构的阻抗变换器的横向部分跨接在矩形波导两侧的外壁上；珠状的热敏电阻连接在阻抗变换器的横向部分和纵向部分之间；热敏电阻与接线柱的下端连接，接线柱的上端与压块连接，接线柱的外部套设有位于压块和热敏电阻之间的绝缘套管，绝缘套管的外部套设有位于压块和热敏电阻之间的热敏电阻压接弹簧，压块上有热敏电阻调节螺钉；其具有良好的宽带匹配特性，对毫米波的吸收效率高、替代效率稳定，其稳定性好、测量重复性高、响应速度快，能够确保功率量值在传递过程中的一致性。

Description

一种波导热敏式测辐射热装置
技术领域
本发明涉及热辐射测量机械设备技术领域，具体涉及一种波导热敏式测辐射热装置。
背景技术
目前，功率作为无线电计量的重要的基本参数之一，功率计量标准研究和建立是国际各大计量机构的主要研究工作。普通的功率测量器具，例如早期的热电偶式，二极管式等，配合放大器式的功率计，可以进行微波、毫米波功率的测量，但这类功率计在使用前需要用一个50MHz的1mW功率信号进行自校准。热电偶式功率座，其工作频率的低端可以从DC开始，因此很多宽频带的测量场合非常适用。但作为功率标准还存在一个关键问题，既非绝对功率测量。近年来RS公司通过在内部增加一个精密的参考直流电压源的方法，采用内部电压校准的方法完成1mW功率自校准问题，测量精度不高，通常不作为功率标准。
在毫米波功率测量中，测辐射热器是一种常用的装置。测辐射热器是一种对温度极其敏感的电阻，当它吸收功率时，其电阻值将发生明显的变化，再试用电桥电路，可以检测出电阻的变化，从而确定它所吸收的功率。热敏电阻是一种具有负温度系数的电阻原件，当它的温度升高时，电阻变小，由于它对温度十分敏感，因此它被广泛的应用在功率测量中。采用直流微波替代技术，用高准确度的直流功率校准微波功率，能减少不确定度分析来源，有效提高功率测量精度。
而设计热敏式测辐射热器的首要问题是考虑热敏电阻元件与传输线的阻抗匹配，其次，热敏电阻应具有尽可能高的有效效率。现有的同轴型测辐射热器，将热敏电阻安装在同轴传输线内，由于同轴传输线具有宽频带的特性，具有双热敏电阻元件的同轴型测辐射热器工作频率达到18GHz,但无法满足高频Ka波段毫米波功率测量的需求。
对于矩形波导而言，在热敏式测辐射热器的设计中，如果直接把热敏电阻放在波导管中心，则难以使热敏电阻与波导的等效特性阻抗匹配。为了达到匹配的目的，常用的方法为：通过在波导管内安装调谐机构，如谐振窗和调谐螺钉，或者调整后腔的长度，这种结构虽然有效，但调谐原件往往具有较尖锐的频率响应，很难获得宽频带匹配效果，同时由于调谐元件的引入，增大了损耗，使测辐射热器的有效效率降低。另一种比较简单的方法是采用渐变波导，用减小波导窄壁的尺寸来降低波导的等效特性阻抗，使用脊形波导阶梯阻抗变换器，使矩形波导的等效特性阻抗在100Ω～200Ω之间，使之与热敏电阻的阻抗匹配，这种结构虽然具有良好的宽带匹配特性，但机械加工非常困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波导热敏式测辐射热装置，以解决现有技术中所存在的无法测量Ka波段毫米波功率，宽带匹配特性较差，测量精度较差，不方便制造、安装和调节的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种波导热敏式测辐射热装置，所述波导热敏式测辐射热装置包括由左至右依次连接的片状的非金属传输线、片状的阻抗变换器、片状的金属传输线和片状的非金属短路环；非金属短路环的右侧连接有滑块固定器，滑块固定器的右侧设置有滑块压接弹簧，滑块压设在滑块压接弹簧上，且滑块通过纵向滑块固定螺钉及横向滑块固定螺钉固定在滑块固定器上；
阻抗变换器设置为T型横杆结构；T型横杆结构的阻抗变换器的纵向部分设置为探针，T型横杆结构的阻抗变换器的横向部分跨接在矩形波导两侧的外壁上；珠状的热敏电阻连接在阻抗变换器的横向部分和纵向部分之间；热敏电阻与接线柱的下端连接，接线柱的上端与压块连接，接线柱的外部套设有位于压块和热敏电阻之间的绝缘套管，绝缘套管的外部套设有位于压块和热敏电阻之间的热敏电阻压接弹簧，压块上设置有热敏电阻调节螺钉。
本发明的波导热敏式测辐射热装置，其珠状的热敏电阻作为核心器件，其尺寸可以制作的较小，其在传输波导中的位置对信号的吸收效果影响较大，热敏电阻设置在接线柱的下端，则非常便于安装和调节；所述波导热敏式测辐射热装置设置为包括非金属传输线、阻抗变换器、金属传输线和非金属短路环的片状多层结构，其非金属短路环能够隔离内外的热量传输。
本发明的波导热敏式测辐射热装置，阻抗变换器设置为T型横杆结构；纵向部分设置为探针，T型横杆结构的阻抗变换器的横向部分跨接在波导两侧的外壁上，其作用相当于探针头部扩大部分，这种结构便于实现同轴线与波导的部分耦合，在该匹配结构中，将T型横杆结构的阻抗变换器的纵向部分和横向部分分开，中间安装一个热敏电阻，便构成波导热敏式测辐射热装置，适当选择T型横杆结构的阻抗变换器尺寸和位置，便能获得较好的宽带匹配特性。
本发明的波导热敏式测辐射热装置，采用直流微波替代的原理，工作时，热敏电阻上同时吸收直流功率和微波功率，故T型横杆结构的阻抗变换器的纵向部分所连接的接线柱不能接触波导壁，这里的波导为矩形，且阻抗变换器和接线柱通过绝缘套管来实现固定安装及与波导壁的绝缘；此外，通过热敏电阻压接弹簧，热敏电阻调节螺钉和压块调节接线柱探入波导的深度，来调节热敏电阻在波导腔体中的距离T型横杆结构的阻抗变换器的高度位置，以改变阻抗变换器端面的阻抗值，便于实时调节其匹配特性。
本发明的波导热敏式测辐射热装置，其片状的金属传输线安装在阻抗变换器后端，金属传输线与阻抗变换器配合，便于热敏电阻、接线柱及其绝缘套管的安装、调节；片状的非金属短路环安装在片状的金属传输线的后端，能够减小传导性热损耗，波导的内壁可以镀金，以减小微波功率损耗；通过非金属传输线将阻抗变换器与输入端相连接，同时，波导的内壁可以镀金，以减小微波功率损耗，非金属传输线具有较高隔热效果及较低传输损耗特性；滑块安装在片状的非金属传输线后端，用来调整珠状的热敏电阻与滑块短路面之间的距离，以实现阻抗变换，滑块通过滑块固定器、纵向滑块固定螺钉、横向滑块固定螺钉及滑块压接弹簧安装在片状的非金属传输线后端。
本发明具有如下优点：
本发明的波导热敏式测辐射热装置，能够解决现有技术中所存在的无法测量Ka波段毫米波功率，宽带匹配特性较差，测量精度较差，不方便制造、安装和调节的问题，其具有良好的宽带匹配特性，对毫米波的吸收效率高、替代效率稳定，测辐射热器等效源驻波小于1.6，适用频率范围为26.5GHz～40GHz，可以测量功率范围为10μW～25mW的毫米波功率，具有稳定性好、测量重复性高、响应速度快的特点，能够确保功率量值在传递过程中的一致性。
附图说明
图1为本发明的波导热敏式测辐射热装置的分解结构示意图。
图2为本发明的波导热敏式测辐射热装置的组装结构示意图。
图中，1为非金属传输线，2为阻抗变换器，3为金属传输线，4为非金属短路环，5为纵向滑块固定螺钉，6为横向滑块固定螺钉，7为滑块，8为滑块压接弹簧，9为滑块固定器，10为热敏电阻，11为热敏电阻压接弹簧，12为绝缘套管，13为压块，14为接线柱，15为热敏电阻调节螺钉。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种波导热敏式测辐射热装置，参见图1，所述波导热敏式测辐射热装置包括由左至右依次连接的片状的非金属传输线1、片状的阻抗变换器2、片状的金属传输线3和片状的非金属短路环4；非金属短路环4的右侧连接有滑块固定器9，滑块固定器9的右侧设置有滑块压接弹簧8，滑块7压设在滑块压接弹簧8上，且滑块7通过纵向滑块固定螺钉5及横向滑块固定螺钉6固定在滑块固定器9上；
参见图2，阻抗变换器2设置为T型横杆结构；T型横杆结构的阻抗变换器2的纵向部分设置为探针，T型横杆结构的阻抗变换器2的横向部分跨接在矩形波导两侧的外壁上；珠状的热敏电阻10连接在阻抗变换器2的横向部分和纵向部分之间；热敏电阻10与接线柱14的下端连接，接线柱14的上端与压块13连接，接线柱14的外部套设有位于压块13和热敏电阻10之间的绝缘套管12，绝缘套管12的外部套设有位于压块13和热敏电阻10之间的热敏电阻压接弹簧11，压块13上设置有热敏电阻调节螺钉15。
本实施例的波导热敏式测辐射热装置，用于测量Ka波段毫米波功率，其采用波导-同轴转换器的原理，采用T型横杆结构的阻抗变换器2作为探针，以便于实现同轴线与波导的部分耦合，使匹配特性得到改善，获得具有较好宽带匹配特性的用于测量Ka波段毫米波功率的波导热敏式测辐射热器，其机械加工更加容易，同时也便于安装和调节。
本实施例的波导热敏式测辐射热装置，阻抗变换器2采用金属片状结构的矩形波导，波导尺寸可以为WR28标准波导尺寸，波导材料为铜，T型横杆结构的阻抗变换器2的横向部分可以设置在波导的口面中央处，T型横杆结构的阻抗变换器2的横向部分跨接在波导两侧的壁上，以改变信号的传输路径，有效减小信号的反射；T型横杆结构的阻抗变换器2与接线柱14之间安装有珠状的热敏电阻10，利用热敏电阻调节螺钉15调节接线柱14探入矩形波导的深度，以改变端面的阻抗值接近200Ω，实现端口匹配，接线柱14探入深度大约在1.25mm左右；金属传输线3为片状，波导尺寸为WR28标准波导尺寸，材料为铜。另外，所述波导热敏式测辐射热装置采用直流微波替代的原理，工作时，热敏电阻10上同时吸收直流功率和微波功率，故接线柱14不能接触矩形波导壁。热敏电阻10焊装在T型横杆结构的阻抗变换器2的横向部分和接线柱14中间后，接线柱14的外部装绝缘套管12，固定接线柱14的同时，避免了其与金属传输线3的短路。片状的金属传输线3上端设置有固定绝缘套管12的凹槽，且与阻抗变换器2配合，以便于接线柱14及其绝缘套管12的固定安装和调节。片状的非金属短路环4安装在片状金属传输线3后端，非金属传输线1将阻抗变换器2与毫米波信号输入端相连，非金属传输线1可以使用材料为聚氨酯，其导热系数小，具有良好的隔热效果，其波导尺寸为WR28标准波导尺寸，波导的内壁可以镀金，降低了传输线损耗；滑块7安装在片状的非金属传输线1后端，材料为铜，滑块7端面尺寸可以为3.556×7.112mm，滑块7与非金属短路环4的波导腔体完全匹配，滑块7伸入波导腔体内，调节后端滑块7的深度，当珠状的热敏电阻10与滑块7的口面之间的距离为1/4波长，以实现阻抗变换。滑块7通过滑块固定器9来固定，在滑块固定器9中加入滑块压接弹簧8，滑块压接弹簧8的数量可以为三个，三个滑块压接弹簧8可以均匀分布，以快速实现在线调试；阻抗变换器2、片状的金属传输线3、非金属短路环4和片状的非金属传输线1，以及滑块固定器9均可以设置定位孔，然后通过螺钉伸入到定位孔内，将阻抗变换器2、金属传输线3、非金属短路环4和非金属传输线1组成的多层片状结构进行固定组装。
本实施例的波导热敏式测辐射热装置，作为一种对温度非常敏感的波导器件，测量Ka波段毫米波功率时，将毫米波功率输入至波导非金属传输线1，通过波导非金属传输线1传至热敏电阻10，当热敏电阻10吸收功率时，其电阻值将发生明显的变化，阻抗变换器2的接线柱14连接热敏电阻10，接线柱14通过电缆连接功率电桥组成惠更斯自平衡电桥结构，利用电桥的自平衡功能，使得热敏电阻10值平衡在恒定阻值，采用直流替代的方法进行毫米波功率测量。用数字电压表测量功率电桥上的电压计算直流替代功率，能够快速、精确且稳定地测量出毫米波功率。
实施例2
一种波导热敏式测辐射热装置，与实施例1相似，所不同的是，非金属传输线1为圆形片状。阻抗变换器2为圆形片状。金属传输线3为圆形片状。非金属短路环4为圆形片状。这样能够方便阻抗变换器2、片状的金属传输线3、非金属短路环4和片状的非金属传输线1的安装。
进一步的，非金属短路环4的中心处设置有卡槽，滑块固定器9的左侧设置有与所述卡槽匹配的凸起的卡块，所述卡块插入到所述卡槽内。这样能够方便滑块固定器9与非金属短路环4的安装。
进一步的，所述卡槽设置为开口式卡槽。这样能够提高滑块固定器9与非金属短路环4的安装牢固性。
进一步的，滑块压接弹簧8的数量为两个，两个滑块压接弹簧8均匀分布地设置在滑块固定器9的右侧。这样能够提高滑块压接弹簧8与滑块7作用力的均匀性。
进一步的，滑块固定器9的右侧面上设置有凹陷的弹簧槽，滑块压接弹簧8设置在所述弹簧槽内。这样能够方便滑块压接弹簧8的安装。
进一步的，纵向滑块固定螺钉5设置在滑块固定器9上的纵向滑块固定螺孔内，所述纵向滑块固定螺孔设置为椭圆形孔。这样能够方便滑块固定器9的安装和调节。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种波导热敏式测辐射热装置，所述波导热敏式测辐射热装置包括由左至右依次连接的片状的非金属传输线(1)、片状的阻抗变换器(2)、片状的金属传输线(3)和片状的非金属短路环(4)；其特征在于，非金属短路环(4)的右侧连接有滑块固定器(9)，滑块固定器(9)的右侧设置有滑块压接弹簧(8)，滑块(7)压设在滑块压接弹簧(8)上，且滑块(7)通过纵向滑块固定螺钉(5)及横向滑块固定螺钉(6)固定在滑块固定器(9)上；
阻抗变换器(2)设置为T型横杆结构；T型横杆结构的阻抗变换器(2)的纵向部分设置为探针，T型横杆结构的阻抗变换器(2)的横向部分跨接在矩形波导两侧的外壁上；珠状的热敏电阻(10)连接在阻抗变换器(2)的横向部分和纵向部分之间；热敏电阻(10)与接线柱(14)的下端连接，接线柱(14)的上端与压块(13)连接，接线柱(14)的外部套设有位于压块(13)和热敏电阻(10)之间的绝缘套管(12)，绝缘套管(12)的外部套设有位于压块(13)和热敏电阻(10)之间的热敏电阻压接弹簧(11)，压块(13)上设置有热敏电阻调节螺钉(15)。
2.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，非金属传输线(1)为圆形片状。
3.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，阻抗变换器(2)为圆形片状。
4.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，金属传输线(3)为圆形片状。
5.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，非金属短路环(4)为圆形片状。
6.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，非金属短路环(4)的中心处设置有卡槽，滑块固定器(9)的左侧设置有与所述卡槽匹配的凸起的卡块，所述卡块插入到所述卡槽内。
7.如权利要求6所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，所述卡槽设置为开口式卡槽。
8.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，滑块压接弹簧(8)的数量为两个，两个滑块压接弹簧(8)均匀分布地设置在滑块固定器(9)的右侧。
9.如权利要求8所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，滑块固定器(9)的右侧面上设置有凹陷的弹簧槽，滑块压接弹簧(8)设置在所述弹簧槽内。
10.如权利要求1所述的波导热敏式测辐射热装置，其特征在于，纵向滑块固定螺钉(5)设置在滑块固定器(9)上的纵向滑块固定螺孔内，所述纵向滑块固定螺孔设置为椭圆形孔。
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