CN113038801B - 一种稳态高功率天线位移补偿器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳态高功率天线位移补偿器，包括内外两层皱纹柔性波导管、过渡段和平面密封法兰。所述的内外双层直线型皱纹柔性波导采用两个横截面不同的柔性波导套接在一起，然后用外力弯曲成型后，将橡胶抽出，再将内、外两层皱纹柔性波导焊接在过渡段上。过渡段上焊接有循环水槽、水接头。过渡段和法兰通过锡焊焊接在一起。补偿器的一端法兰与系统垂直放置的波导连接，另外一端法兰与系统中水平安放的天线对接，此时补偿器的垂直段与地面成直角。天线水平前进或者后退时，在各端面法兰固定的情况下，即不改变系统水、气密封的状态下，补偿器与地面由直角状态变成锐角或者钝角状态，位移补偿器依靠皱纹柔性波导的弹性改变形状，吸收了天线的位移量。
Description
技术领域
本发明涉及高功率微波技术领域，重点涉及一种稳态高功率天线位移补偿器。
背景技术
在核聚变装置的微波系统中，大功率微波源发射的高功率微波经过传输线馈送到天线，聚变装置中的等离子体从天线辐射端口耦合微波功率，但在实验过程中等离子体温度、密度、位形等参数改变，引起天线与等离子失配，需要调节天线与等离子体之间的距离，实现最佳耦合。天线是由不锈钢、弥散铜等金属加工而成的刚性体，不具备吸收自身移动而产生的位移量的功能。需要安装在传输线系统上的一段天线位移补偿器实现此功能。一般皱纹波导具有一定形变量，可以作为天线的位移补偿器。但是常规皱纹波导无主动冷却结构，C波段只能运行在在几个kW连续波状态；已有的带主动冷却的弯曲皱纹波导，内层是传输微波功率的金属皱纹柔性波导，外壁是封闭冷却液的橡胶套，橡胶套的弯曲半径很大，且为了保障橡胶套的形状，需要使用强度较大的橡胶材料，这样致使橡胶套冷却结构虽然可以满足高功率稳态运行需求，但是形变量非常小，800mm长的橡胶水冷套柔性波导，形变量仅仅在20毫米量级，仅作为补偿测量或加工引起的长度误差。而满足核聚变天线位移补偿器需要形变量在100mm左右、同时实现动静态密封。目前没有百千瓦级稳态弯曲柔性波导满足系统需求，因此必须研制适合吸收天线位移量的稳态高功率天线位移补偿器。
发明内容
本发明提供一种的稳态高功率天线位移补偿器，所要解决的技术难题是如何在核聚变装置实验期间，吸收天线位置改变而产生的位移量，从而实现天线灵活有效移动，同时实时吸收天线位移量的过程中，可以保证低杂波系统的动、静态密封特性。本发明还可以应用到各种高功率微波系统，实现缓解机械减震、位移吸收、误差补偿等功能。
本发明提出的技术方案为：一种稳态高功率天线位移补偿器，包括：内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导、内外层皱纹柔性波导之间的水冷通道、过渡段和平面密封法兰；所述的内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导采用两个横截面不同的柔性波导套接在一起，外面一层的截面长度和宽度尺寸分别大于里面一层波导的长度和宽度；
过渡段用于将皱纹柔性波导和平面密封法兰连接；过渡段宽边上焊接有水冷接头，在过渡段的宽边和窄边上利用数控铣床开设有多个内部贯通的水冷通道孔，所述多个水冷通道孔与过渡段内部的腰型孔连通在一起，通过腰型孔向天线位移补偿器的冷却液流层供应冷却水；
所述过渡段还包括第一内部台阶、以及第二内部台阶，弯曲成型后的内层皱纹柔性波导装配在过渡段的第一内部台阶上，弯曲成型后的外层皱纹柔性波导装配在过渡段的第二内部台阶上。
进一步的，所述第二内部台阶为带圆角的矩形凹槽，设置在过渡段的端面上，所述第一内部台阶设置在过渡的内部。
进一步的，在内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导两者之间用橡胶隔离，然后用模具上用外力弯曲成型后，将橡胶抽出，再将内、外两层皱纹柔性波导焊接在过渡段上。
进一步的，弯曲成型后的内层皱纹柔性波导通过感应焊与过渡段焊接在一起，台阶宽度与皱纹幅度一致，弯曲成型后的外层皱纹柔性波导装配在过渡段的第二内部台阶上后，焊接在一起。
进一步的，过渡段上波导段与法兰焊接在一起，波导段的长度不小于13mm。
进一步的，过渡段上焊接有循环水槽、冷却液流入、流出口。
进一步的，补偿器的一端法兰与系统垂直放置的波导连接，另外一端法兰与系统中水平安放的天线对接，此时补偿器的垂直段与地面成直角，天线水平前进或者后退时，在各端面法兰固定的情况下，即不改变系统水、气密封的状态下，补偿器与地面由直角状态变成锐角或者钝角状态，位移补偿器依靠皱纹柔性波导的弹性改变形状，吸收天线的位移量。
有益效果：
本发明结构简洁，可在微波传输过程中，有冷却介质流动和传输系统充气的情况下吸收天线的位移量，同时吸收高功率微波在传输过程中因损耗产生的热量。本发明在波系统内部充气、冷却液流层通2公斤流动水的情况下，连续吸收天线的位移量不小于100mm。
附图说明
图1为本发明的总体示意图；
图2为本发明的局部剖视图；
图3为本发明的过渡段；
图4为本发明的内部水循环结构图；
图5位本发明的实际使用图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的实施例，如图1-4所示，本发明采用内、外双层柔性波导套装的设计方式，包括内层皱纹柔性波导1、外层皱纹柔性波导2、内外层皱纹柔性波导之间的水冷通道3、平面密封法兰4、过渡段5，过渡段5起到连接皱纹柔性波导和平面密封法兰的作用。过渡段5宽边上焊接有水冷接头6，在过渡段的宽边和窄边上利用数控铣床打φ7的内部贯通的水冷通道孔7、8、9、10，打孔完成后用堵头将水冷通道孔外部焊接密封，避免水冷液外流。内部贯通的水冷通道孔7、8、9、10与腰型孔11连通在一起，通过腰型孔11向天线位移补偿器的水冷通道3供应冷却水。
所述的内外双层直线型皱纹柔性波导采用两个横截面不同的柔性波导套接在一起，外面一层的截面尺寸比里面长度和宽度各大3毫米，且在两者之间用厚度为3mm的橡胶隔离，然后用模具上用外力弯曲成型后，将橡胶抽出，再将内、外两层皱纹柔性波导焊接在过渡段上。
所述过渡段还包括第一内部台阶12、以及第二内部台阶13，所述第二内部台阶为带圆角的矩形凹槽，设置在过渡段5的端面上，所述第一内部台阶12设置在过渡段5的内部；
弯曲成型后的内层皱纹柔性波导1装配在过渡段5的第一内部台阶12上后，通过感应焊与过渡段5焊接在一起，台阶宽度与皱纹幅度一致，这样一是可以保障焊接后皱纹柔性波导与直波导内口径完全一致，二是让焊料有足够的流动空间，保障焊接均匀性和强度。弯曲成型后的外层皱纹柔性波导2装配在过渡段5的第二内部台阶13上后，焊接在一起。
过渡段上波导段14与法兰4焊接在一起，波导段14的长度不小于13mm，空间位置满足装配螺母、垫片的需求。
过渡段上焊接有循环水槽、冷却液流入(流出)口。过渡段和法兰通过锡焊焊接在一起。
如图5所示，为本发明的补偿器实际使用图。
本发明的工作原理是：补偿器的一端法兰与系统垂直放置的波导连接，另外一端法兰与系统中水平安放的天线对接，此时补偿器的垂直段与地面成直角。天线水平前进或者后退时，在各端面法兰固定的情况下，即不改变系统水、气密封的状态下，补偿器与地面由直角状态变成锐角或者钝角状态，位移补偿器依靠皱纹柔性波导的弹性改变形状，吸收天线的位移量。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，包括内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导、内外层皱纹柔性波导之间的水冷通道、过渡段和平面密封法兰；所述的内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导采用两个横截面不同的柔性波导套接在一起，外面一层的截面长度和宽度尺寸分别大于里面一层波导的长度和宽度；
过渡段用于将皱纹柔性波导和平面密封法兰连接；过渡段宽边上焊接有水冷接头，在过渡段的宽边和窄边上利用数控铣床开设有多个内部贯通的水冷通道孔，所述多个水冷通道孔与过渡段内部的腰型孔连通在一起，通过腰型孔向天线位移补偿器的水冷通道供应冷却水；
所述过渡段还包括第一内部台阶、以及第二内部台阶，弯曲成型后的内层皱纹柔性波导装配在过渡段的第一内部台阶上，弯曲成型后的外层皱纹柔性波导装配在过渡段的第二内部台阶上；
补偿器的一端法兰与系统垂直放置的波导连接，另外一端法兰与系统中水平安放的天线对接，此时补偿器的垂直段与地面成直角，天线水平前进或者后退时，在各端面法兰固定的情况下，即不改变系统水、气密封的状态下，补偿器与地面由直角状态变成锐角或者钝角状态，位移补偿器依靠皱纹柔性波导的弹性改变形状，吸收天线的位移量。
2.根据权利要求1所述的一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，
所述第二内部台阶为带圆角的矩形凹槽，设置在过渡段的端面上，所述第一内部台阶设置在过渡的内部。
3.根据权利要求1所述的一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，
在内层皱纹柔性波导、外层皱纹柔性波导两者之间用橡胶隔离，然后用模具上用外力弯曲成型后，将橡胶抽出，再将内、外两层皱纹柔性波导焊接在过渡段上。
4.根据权利要求1所述的一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，
弯曲成型后的内层皱纹柔性波导通过感应焊与过渡段焊接在一起，台阶宽度与皱纹幅度一致，弯曲成型后的外层皱纹柔性波导装配在过渡段的第二内部台阶上后，焊接在一起。
5.根据权利要求1所述的一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，
过渡段上波导段与法兰焊接在一起，波导段的长度不小于13mm。
6.根据权利要求1所述的一种稳态高功率天线位移补偿器，其特征在于，
过渡段上焊接有循环水槽、冷却液流入、流出口。
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| Yi-Chun Yu ; Shih-Yuan Chen ; An-Shyi Liu ; Ruey-Beei Wu ; .A 650 GHz photonic transmitter design using CPW-fed slot antenna.IEEE.2004,全文. * |
| 复杂异型碳纤维波导一体化制备技术;薛伟锋;韦生文;电子工艺技术;第40卷(第5期);全文 * |
| 量子级联激光器技术内涵及其应用前景;毛登森;;中国电子科学研究院学报(04);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113038801A (zh) | 2021-06-25 |
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