CN111834709A - 一种甚高频波段支节调配器 - Google Patents

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Abstract

本方案提供了一种甚高频波段支节调配器，该支节调配器包括：射频传输系统和磁系统；所述射频传输系统插入所述磁系统内；在磁系统的作用下，甚高频波段微波信号在所述射频传输系统中多次反射叠加移相，生成匹配系统阻抗的微波信号。本申请所述技术方案能够提升器件优值以减小器件所需体积，能够满足器件在输入MW级别大功率VHF波段环境下工作；本方案应用于高能量领域微波传输系统中，调节功率源与负载的匹配度。

Description

一种甚高频波段支节调配器
技术领域
本申请涉及反射式移相技术领域，特别涉及一种大功率甚高频波段(VHF，VeryHigh Frequency)高优值电控铁氧体支节调配器。
背景技术
铁氧体支节调配器是目前国际上一种快速匹配网络的技术。在我国EAST核聚变装置上采用铁氧体支节快速调配系统以应对大边界局域模(ELM)爆发期间边界密度迅速扰动，导致ICRF系统高功率天线负载阻抗快速变化问题，以实现ICRF微波传输系统的快速调配。铁氧体支节调配器的功能原理是通过改变铁氧体的偏置磁场以实现插入相位的改变。铁氧体支节调配器可以实现快速电控移相从而成为快速调配网络的核心器件。铁氧体支节调配器具有实时性、小损耗、高微波耐受功率、高可靠性、低成本等优势，成为高能领域中匹配调节系统的重要选择。
发明内容
本申请提供了一种大功率甚高频波段高优值电控铁氧体支节调配器。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种甚高频波段支节调配器，该支节调配器包括：射频传输系统1和磁系统2；
所述射频传输系统1插入所述磁系统2内；
在磁系统2的作用下，微波信号在所述射频传输系统1中多次反射叠加移相，生成甚高频波段微波信号。
在一种优选地实施例中，所述射频传输系统1包括：设置在外导体4内部的内导体3；
所述外导体4和内导体3之间设有铁氧体6；
所述内导体3的一端连接有短路块5。
在一种优选地实施例中，所述内导体3包括：依次固定的圆柱体8、过渡结构9和矩形条10。
在一种优选地实施例中，所述矩形条10穿过陶瓷环7与过渡结构9固定。
在一种优选地实施例中，所述外导体4包括：依次固定的圆环11、法兰盘13和方环12；
所述圆环11与所述圆柱体8同轴设置；
所述过渡结构9的方形部分穿过所述法兰盘13中间预留的方形口与矩形条10固定；
所述矩形条10位于方环12中，所述铁氧体6位于所述矩形条10与方环12之间。
在一种优选地实施例中，所述方环12是由上盖板14、下盖板15、左侧板16和右侧板17依次固定形成的中空的方形结构；
所述方环12的一端与法兰盘13固定，所述方环12的另一端与所述短路块5固定；
所述矩形条10与上盖板14和下盖板15之间各设有铁氧体6。
在一种优选地实施例中，所述上盖板14的上表面、下盖板15的下表面、左侧板16的内部和右侧板17的内部分别设有水路槽；和/或，所述矩形条10的内部设有水路槽。
在一种优选地实施例中，所述磁系统2包括：由多个硅钢片18组装成的箱体；
所述箱体的箱顶下表面和箱底下表面分别设有凸台；
所述凸台上设有磁钢19。
在一种优选地实施例中，所述磁系统2还包括：套设在所述凸台四周的水冷线圈20。
在一种优选地实施例中，所述铁氧体6的中心与磁系统2的中心重合。
有益效果
本申请所述技术方案能够提升器件优值以减小器件所需体积，能够满足器件在输入MW级别大功率VHF波段环境下工作；本方案能够保证高能量领域微波传输系统中的功率源与负载的高度匹配。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本方案所述甚高频波段支节调配器的示意图；
图2示出本方案所述射频传输系统的示意图；
图3示出本方案所述射频传输系统中外导体的示意图；
图4示出本方案所述射频传输系统的爆炸图；
图5示出本方案所述磁系统的示意图。
附图标号
1、射频传输系统，2、磁系统，3、内导体4、外导体，5，短路块，6、铁氧体，7、陶瓷环，8、圆柱体，9、圆柱-矩形过渡结构9，10、矩形条，11、圆环，12、方环，13、法兰盘，14、上盖板，15、下盖板，16、左侧板，17、右侧板，18、硅钢片，19、磁钢，20、水冷线圈。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
经过对现有技术的研究和分析，目前常见的甚高频波段(VHF，VeryHighFrequency)铁氧体调配器工作带宽为50％，常温下优值约为112.9°/dB，总体尺寸小于600mm×420mm×1875mm，但其存在高能量领域微波传输系统中的功率源与负载失配的问题。
因此，本方案意在提供一种大功率甚高频波段(VHF，Very High Frequency)高优值电控铁氧体支节调配器，以提升器件优值以减小器件所需体积，同时保证器件在输入MW级别大功率VHF波段环境下工作时，微波传输系统中的功率源与负载的高度匹配。
如图1所示，本方案公开了一种大功率VHF波段高优值电控铁氧体支节调配器，该调配器包括：射频传输系统1和磁系统2。射频传输系统1插入磁系统2内部中空部分，射频传输系统1中铁氧体5的中心与磁系统2的中心对应一致。
本方案中，如图2和图4所示，射频传输系统1包括：内导体3、外导体4、短路块5、铁氧体6与陶瓷环7。铁氧体6粘接于内导体两侧；陶瓷环7与内导体3和外导体4进行粘接。
本方案中，所述内导体3由圆柱体8、圆柱-矩形过渡结构9和矩形条10组成；圆柱体8、圆柱-矩形过渡结构9和矩形条10通过焊接形成一个整体构成内导体3。优选地，所述矩形条10内部进行挖槽形成水路。
本方案中，如图3所示，所述外导体4由圆环11、方环12和法兰盘13组成。所述圆环11与方环12通过外接的法兰盘13连接；短路块5与方环12连接固定；铁氧体6粘接于内导体两侧；陶瓷环7通过硅胶与内导体3以及外导体4进行粘接。
本方案中，所述方环12是由上盖板14、下盖板15、左侧板16与右侧板17依次通过螺钉固定形成的矩形结构。圆环11与方环12通过外接的法兰盘13进行螺钉连接；短路块5与方环12通过螺钉连接固定。其中，上盖板14、下盖板15的外侧焊有水路，左侧板16与右侧板17内部进行挖槽形成水路。
本方案中，如图5所示，磁系统2包括：由多个硅钢片18组装的箱体、磁钢19和水冷线圈20。所述箱体的箱顶下表面和箱底上表面分别设有凸台；所述凸台上设有磁钢19。所述凸台上套设有水冷线圈20。
本方案所述支节调配器在工作时，微波信号从一端的同轴接口馈入，先以TEM模式在由圆柱体8与圆环11组成的同轴线中传播，再进入由圆矩过渡部分9与圆环11、方环12间的空腔内，然后以准TEM模式在由矩形条10与方环12组成的带状线中传播直至短路块5再反射，最终经过多次反射叠加在同轴接口输出；水冷线圈20连接外部电流源，改变磁化电流从而改变磁系统对铁氧体6的外加偏置磁场，进而改变铁氧体6的内部磁场，改变其磁导率，从而改变微波等效波长，改变插入相位，最终调整阻抗虚部实现系统匹配。
本方案通过优化铁氧体等器件的工作点来实现器件的小损耗；利用高介电常数加载陶瓷，以及优化同轴部分与带线部分间的不匹配度，以提高器件的差相移，从而实现高优值。本方案在微波小损耗的基础上，采用内外导体开缝的设计，即内导体的五个矩形条组合成一个整体，相当于一整个矩形块切四条槽；外导体矩形方环部分切四条槽，如图4中矩形条10、上盖板14、下盖板15、通过这种方式，减少涡流损耗，再在内外导体设置水路进行水冷散热实现大功率下的工作。
通过本方案所述方案设计的调配器的指标为：VHF波段50％的工作带宽内，常温下优值约为435°/dB，总体尺寸小于610mm×430mm×1425mm，明显优于现有技术指标。支节调配器应用于高能领域，在微波传输过程中，调节阻抗特性，以实现功率源与负载的高度匹配。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种甚高频波段支节调配器，其特征在于，该支节调配器包括：射频传输系统(1)和磁系统(2)；
所述射频传输系统(1)插入所述磁系统(2)内；
在磁系统(2)的作用下，甚高频波段微波信号在所述射频传输系统(1)中多次反射叠加移相，生成匹配系统阻抗的微波信号。
2.根据权利要求1所述的支节调配器，其特征在于，所述射频传输系统(1)包括：设置在外导体(4)内部的内导体(3)；
所述外导体(4)和内导体(3)之间设有铁氧体(6)；
所述内导体(3)的一端连接有短路块(5)。
3.根据权利要求2所述的支节调配器，其特征在于，所述内导体(3)包括：依次固定的圆柱体(8)、过渡结构(9)和矩形条(10)。
4.根据权利要求3所述的支节调配器，其特征在于，所述矩形条(10)穿过陶瓷环(7)与过渡结构(9)固定。
5.根据权利要求2或3所述的支节调配器，其特征在于，所述外导体(4)包括：依次固定的圆环(11)、法兰盘(13)和方环(12)；
所述圆环(11)与所述圆柱体(8)同轴设置；
所述过渡结构(9)的方形部分穿过所述法兰盘(13)中间预留的方形口与矩形条(10)固定；
所述矩形条(10)位于方环(12)中，所述铁氧体(6)位于所述矩形条(10)与方环(12)之间。
6.根据权利要求5所述的支节调配器，其特征在于，所述方环(12)是由上盖板(14)、下盖板(15)、左侧板(16)和右侧板(17)依次固定形成的中空的方形结构；
所述方环(12)的一端与法兰盘(13)固定，所述方环(12)的另一端与所述短路块(5)固定；
所述矩形条(10)分别与上盖板(14)和下盖板(15)之间各设有铁氧体(6)。
7.根据权利要求6所述的支节调配器，其特征在于，所述上盖板(14)的上表面、下盖板(15)的下表面、左侧板(16)的内部和右侧板(17)的内部分别设有水路槽；和/或，所述矩形条(10)的内部设有水路槽。
8.根据权利要求1所述的支节调配器，其特征在于，所述磁系统(2)包括：由多个硅钢片(18)组装成的箱体；
所述箱体的箱顶下表面和箱底上表面分别设有凸台；
所述凸台上设有磁钢(19)。
9.根据权利要求8所述的支节调配器，其特征在于，所述磁系统(2)还包括：套设在所述凸台四周的水冷线圈(20)。
10.根据权利要求2所述的支节调配器，其特征在于，所述铁氧体(6)的中心与磁系统(2)的中心重合。
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