CN109216841A - 半腔结构波导环行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半腔结构波导环行器，属于微波元器件技术领域，包括上腔、下腔和连接件，所述上腔和下腔通过所述连接件连接，所述上腔设置有旋磁基片和永磁体，所述下腔仅设置有永磁体；采用本发明的半腔结构波导环行器，另外配合转接器，可以组成新的低功率源需求的波导环行器功率试验系统，采用该系统进行试验，可以解决波导环行器因缺少功率源而不能进行平均功率试验和极限功率评估的问题；同时本技术的推广，可以降低该类波导环行器功率试验和极限功率评估试验时的对功率源的需求，降低试验成本，减小功率系统对试验人员的伤害，增大对功率试验系统本身的保护。
Description
技术领域
本发明涉及微波元器件技术领域，尤其涉及一种半腔结构波导环行器。
背景技术
随着技术不断更新，产品功率不断增加，产品功率试验要求也在不断增加。为保证产品的可靠性，波导环行器在生产过程中需要进行功率试验验证。功率需求的不断提升，导致功率试验存在以下几方面的问题。
（1）缺少功率源：波导环行器的应用按相应规范需进行降额，通常要求为75%，因此系统所提相应产品均超过系统功率源的功率约33%，因此经常发生缺少功率源而不能进行功率试验的情况，采用原有的功率源进行试验，又不能满足试验规定的功率要求。
（2）试验风险与成本高：功率越高，相应散热需求高，消耗的能源也更高，试验部件失效机率也更高。功率试验系统中还包括许多部件，如电缆、软波导等，试验经常因电缆或软波导等部件在功率下发生异常而导致试验异常，增加了功率试验的风险与成本。
（3）操作人员健康：功率越高，相应辐射越高，对操作人员健康伤害越大。
针对上述的缺少功率源的情况下，波导环行器进行功率试验时，现有方法主要有功率合成方案和全反射方案，其中：
所述功率合成方案是通过多路功率合成，形成更高功率，从而达到试验系统对高功率的需求，其试验系统框图如图1所示；
功率合成方案由于不能保证各路信号的相位一致，相应叠加效果与实际需求的功率不一致，尤其是峰值功率；由于合成效率需要额外增加功率消耗，也增加了试验风险与成本，增加了对操作人员健康的影响。
所述全反射方案是通过后级增加全反射系统，使功率再次进入波导环行器，通过功率叠加实现环行器中心结功率的增加，其试验系统框图如图1所示；
全反射方案通过后级全反射在环行器中心结处增加功率，但全反射的功率传输方向与使用状态不同，由于功率叠加随相位变化，因此旋磁基片不同位置承受的功率不同。功率试验需模拟实际使用状态，并加严考核，但全反射方案不能对环行器内部的电场分布进行实时监测，产品内部的电场分布可能与实际使用状态存在极大不同。。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种半腔结构波导环行器，采用本发明的半腔结构波导环行器，另外配合转接器，可以组成新的低功率源需求的波导环行器功率试验系统，采用该系统进行试验，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种半腔结构波导环行器，包括上腔、下腔和连接件，所述上腔和下腔通过所述连接件连接，其所述上腔设置有旋磁基片和永磁体，所述下腔仅设置有永磁体。
作为优选的技术方案：所述连接件为连接螺钉。
采用上述半腔结构波导环行器组建的功率试验系统，包括依次相连的功率源、前级系统、波导环行器样品和后级系统，波导环行器样品还与负载连接，所述波导环行器样品包括一个上述的半腔结构波导环行器和三个转接器，三个所述转接器的一端分别与前级系统、后级系统和负载连接，另一端均与半腔波导环行器连接。
作为优选的技术方案：所述转接器设置有阶梯过渡或者斜面过渡结构。
上述系统的实现方法，包括以下步骤：
（1）制作半腔结构波导环行器，制作方法为：
1）制作下腔：所述下腔的结构与完整结构的波导环行器下腔相比，仅不具有波导系统，其余结构与完整结构的波导环行器下腔相同；制作下腔时，优选与完整结构波导环行器的下腔同批次加工，可减少材料与表面处理的差异。
2）将步骤1）制作得到的下腔与完整结构的波导环行器上腔装配在一起，得到半腔结构波导环行器；
（2）制作转接器；
（3）采用三个步骤（2）所得的转接器，与步骤（1）所得的半腔结构波导环行器装配在一起，组成半腔结构试验样品；
（4）接入功率系统：根据功率试验的要求，将步骤（3）所得半腔结构试验样品按相应的传输方向接入功率系统，其中，所加载的功率为采用完整结构波导环行器的一半。
本发明的试验系统，适用的波导环行器产品应满足以下条件：
（1）波导环行器为H面波导结式环行器；
（2）波导环行器上下腔分型面位于波导窄边中心；
（3）若有介质套，则介质套需重新加工为原有的一半结构；
（4）隔离器中环行器部分满足上述条件也可用于进行传输功率试验。
采用本发明的半腔结构波导环行器所需功率为完整结构波导环行器的一半。而对于试验系统整体而言，功率源输出功率除了前级系统的损耗外，额外增加的仅有一个转换器的损耗，转换器仅为波导过渡，损耗非常小，通常≤0.1dB；前级系统也多为空波导、定向耦合器，损耗也较低，因此本发明半腔结构试验方案对功率源输出功率的需求接近现有技术完整结构试验方的一半。
与现有技术相比，本发明的优点在于：与现有技术相比，本发明的优点在于：通过本发明的方法，可以解决波导环行器因缺少功率源而不能进行平均功率试验和极限功率评估的问题；同时本技术的推广，可以降低该类波导环行器功率试验和极限功率评估试验时的对功率源的需求，功率源的最大输出功率可降低为原来的50%-60%；降低试验成本，所使用的功率源价格比原来可下降30%左右；减小功率系统对试验人员的伤害，辐射量级可下降30%-40%；增大对功率试验系统本身的保护。
附图说明
图1为本发明现有技术中功率合成方案的系统示意图。
图2为本发明现有技术中全反射方案的系统示意图。
图3为现有技术中完整结构波导环行器下腔结构图。
图4为本发明半腔结构波导环行器下腔结构图。
图5为现有技术中完整结构波导环行器结构图。
图6为图5中A-A剖视图。
图7为本发明半腔结构波导环行器结构图。
图8为图7中A-A剖视图。
图9为现有技术中完整结构波导环行器波导端口尺寸示意图。
图10为本发明半腔结构波导环行器波导端口尺寸示意图。
图11为本发明转接器的结构示意图。
图12为本发明半腔结构波导环行器与连接器连接示意图。
图13为本发明半腔结构波导环行器与转接器波导端口对接示意图。
图14为现有技术采用完整波导环行器进行功率试验的系统示意图。
图15为本发明与图14对应功率要求的半腔波导环行器进行功率试验的系统示意图。
图16为现有技术完整波导环行器试验方案的结构简图。
图17为本发明半腔波导环行器试验方案的结构简图。
图中：1、旋磁基片；2、上腔；3、下腔；4、永磁体，5、连接螺钉；6、波导系统；7、转接器上腔；8、转接器下腔；A、半腔结构波导环行器；B、转接器；W、加载的功率；a、波导口宽边尺寸；b、波导口窄边尺寸。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
一种半腔结构波导环行器A，如图7和8所示，包括上腔2、下腔3和连接螺钉5，所述上腔2和下腔3通过连接螺钉5连接，其所述上腔2设置有旋磁基片1和永磁体4，所述下腔3仅设置有永磁体4；
采用上述半腔结构波导环行器A组建的功率试验系统一种低功率源需求的波导环行器功率试验系统，如图15所示，包括依次相连的功率源、前级系统、波导环行器样品和后级系统，波导环行器样品还与负载连接，还包括一个半腔结构波导环行器A和三个转接器B，三个所述转接器B的完整波导口一端分别与前级系统、后级系统和负载连接，波导口尺寸为原有窄边一半的一端均与半腔波导环行器A连接；
上述系统的实现方法，包括以下步骤：
（1）制作半腔结构波导环行器，制作方法为：
1）制作下腔3：半腔结构试验方案所采用的下腔，与完整结构中的下腔相比较，没有波导系统6，但保留了其他结构和连接孔等，结构对比如图3和图4所示，其包括旋磁基片1、上腔2、下腔3、永磁体4和连接螺钉5；制作时与完整结构波导环行器的下腔同批次加工；
2）将步骤1）制作得到的下腔3与完整结构的波导环行器上腔2装配在一起，得到半腔结构波导环行器；其结构如图7和8所示，其与现有技术的完整结构波导环行器（如图5和6所示）相比，本发明的半腔结构波导环行器需去掉下腔3的旋磁基片1，其余结构一致；
（2）制作转接器；现有技术中完整结构波导环行器的波导端口尺寸如图9所示，而本发明的半腔结构波导结构环行器的波导端口尺寸如图10所示，从图9和10对比可以看出，本发明的半腔结构波导环行器的波导口窄边尺寸为完整结构波导环行器波导口窄边尺寸的一半，需要采用阶梯过渡（如图11所示）或斜面过渡等方式实现波导窄边尺寸变化，并确保试验频率范围内驻波和损耗性能良好；
（3）采用三个步骤（2）所得的转接器，与步骤（1）所得的半腔结构波导环行器装配在一起，组成半腔结构试验样品，如图12所示；需注意波导端口对接一致，如图13所示，确保功率信号能正常传输；
（4）接入功率系统：根据功率试验的要求，将步骤（3）所得半腔结构试验样品按相应的传输方向接入功率系统，其中，所加载的功率约为采用完整结构波导环行器的一半，其系统图如图15所示；而图14为对应功率要求的完整波导环行器进行功率试验的系统图；
对比图14与图15可以看出，本发明的半腔结构波导环行器所需功率为完整结构波导环行器的一半，而对于试验系统整体而言，功率源输出功率除了前级系统的损耗外，额外增加的仅有一个转换器的损耗，转换器仅为波导过渡，损耗非常小，通常≤0.1dB。前级系统也多为空波导、定向耦合器，损耗也较低，因此半腔结构试验方案对功率源输出功率的需求接近完整结构试验方的一半。
现有技术的完整结构简图如图16所示，与本发明的半腔结构试验简图如图17所示，对比可得：完整结构试验方案样品之间与前级系统、后级系统对接，而半腔结构试验方案中，样品需先与转接器对接，然后与前级系统、后级系统对接。
本发明的理论功率源的最大输出功率可降低为原来的50%-60%：
以需求功率试验量级为100W为例，前级系统损耗20W，则功率源需要120W，采用本发明的方法，功率试验量级只需要50W，前级系统损耗仍然为20W，则功率源需求为70W，则：70/120=58.3%。
试验成本根据频率不同功率源价格不同，一般功率源价格可以下降30%左右：
以18-26.5GHz的功率源为例：
150W的功率源价格约为150万元，租借价格为150万元/36月，则每月价格为4.17元；
250W的功率源价格约为220万元，租借价格为220万元/36月，则每月价格为6.1元，则（6.1-4.17）/6.1=31.6%；
功率系统对实验人员的伤害主要和功率值有关，即功率值与辐射量级成正比，以上述为例，以前需要120W的功率源，采用本发明只需要70W，那么辐射量级降低：（120-70）/120=41.7%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种半腔结构波导环行器，包括上腔、下腔和连接件，所述上腔和下腔通过所述连接件连接，其特征在于，所述上腔设置有旋磁基片和永磁体，所述下腔仅设置有永磁体。
2.根据权利要求1所述的低功率源需求的波导环行器功率试验系统，其特征在于：所述连接件为连接螺钉。
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