CN113506967B - 一种超材料内导体及方同轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超材料内导体及方同轴，包括第一导体部、第二导体部和连接部，所述第一导体部和第二导体部交错设置在连接部之间，第一导体部和第二导体部之间形成电子吸收区；通过连接部与外界连接并连通，使电磁波沿内导体的长度方向进行运动;本发明中超材料的内导体通过不同大小的长方体实现了在方同轴的内导体表面构造周期性的粗糙结构，粗糙的表面可以在不增加方同轴的体积和重量的情况下，改变微放电关键性因素f×d中的导体间隔距离d，从而解决了现有技术中，微波部件的微放电阈值电平低的问题。

Description

一种超材料内导体及方同轴

技术领域

本发明涉及微波器件的高频传输技术领域，尤其涉及一种超材料内导体及方同轴。

背景技术

随着空间技术迅速发展，空间微波功率不断提高，射频大功率的应用对微波器件的安全工作提出了新的更高的要求。同轴线传输TEM 波,色散低,频带宽且损耗小,兼顾了矩形波导与微带线等常见传输线的优点，其性能的良好是保证微波器件正常工作的基本要求。对于空间中工作的微波器件，微放电效应是一种大功率微波作用下发生放电的物理现象，它的发生会影响微波系统的功率容量和传输性能，甚至损坏器件。当今，空间设备内部的微放电效应已经成为制约和威胁空间技术发展的重要因素，如何提高微波部件的微放电阈值功率来保证大功率设备正常工作，设计出具有微放电抑制作用的空间大功率微波器件已经成为当前需要迫切解决的问题。

如申请号：CN201510450574.3公开的一种提高同轴型传输线微放电阈值的结构，在同轴型传输线外导体的内侧设置多个矩形沟槽，每个矩形沟槽沿外导体的横截面设置，多个矩形沟槽沿同轴型传输线外导体轴向平行排列，多个矩形沟槽形成多个电磁场畸变区域，在该区域内，电场呈现弯曲形状，且不均匀分布，使得带电粒子在该区域内的受力与常规同轴型传输线不同，在这种电场的作用下，带电粒子由内导体加速向外导体运动，当其运动到电磁场畸变区域时，带电粒子运动轨迹会发生变化，部分带电粒子不会垂直撞击外导体，这些带电粒子在内导体与外导体之间不会形成周期性振荡，从而降低了二次电子激发的概率，能够提高同轴型传输线的微放电阈值；

上述结构在后期维护和安装上面会存在难度，并且上述专利中固定外导体在加工难度上也存在难度。

方同轴因微放电功率阈值高，易于加工的特点可在空间中广泛应用。目前对于微放电效应的研究表明，采用合适的结构设计空间微波器件并且有针对性的对器件采取表面措施，能够提高器件微放电效应阈值电平。现已有在器件结构上进行改变来抑制微放电效应的技术为：增大部件间隙尺寸、提高微波器件的功率容量；这是根据微放电的一个关键性因素f × d，工作频率f是规定的，而间隔距离d是设计的。因此，尽量扩大内外导体的间隔尺寸，使电子在内外导体之间的渡越时间大于射频电压的半周期。在实际工作范围下，增大导体间的间隙能够提高器件的微放电功率阈值。但是间隙增大的代价是器件整体重量、物理尺寸的增加，这在空间应用中是不可取的。故研究如何设计新颖的方同轴结构，使此结构在不增加方同轴尺寸和重量的条件下能有效地抑制方同轴微放电的发生，对于空间大功率微波部件和卫星通信系统的应用和发展非常重要。

发明内容

本发明的目的是，针对上述不足之处提供一种超材料内导体及方同轴，解决了现有技术中，微波部件的微放电阈值电平低的问题。

本方案是这样进行实现的：

一种超材料内导体，包括第一导体部、第二导体部和连接部，所述第一导体部和第二导体部交错设置在连接部之间，第一导体部和第二导体部之间形成电子吸收区；通过连接部与外界连接并连通，使电磁波沿内导体的长度方向进行运动。

基于上述超材料内导体结构，所述第一导体部和第二导体部表面粗糙处理，所述第一导体部和第二导体部的截面结构和/或投影结构不相同设置。

基于上述超材料内导体结构，所述第一导体部和第二导体部为大小不同的圆柱体、长方体、立方体、圆台体结构中的一种或多种结合。

基于上述超材料内导体结构，第一导体部和第二导体部为长方体结构，第一导体部的竖截面面积不小于第二导体部的竖截面面积；第一导体部与第二导体部相互间隔，且周期排列。

本方面提供一种方同轴：包括外导体和内导体，所述内导体做了表面处理，所述外导体包括金属腔底座、盖板和外部连接端，所述盖板设置在金属腔底座顶部位置，所述外部连接端设置在金属腔底座两端位置，所述金属腔底座上设置有容纳腔，所述容纳腔用于放置内导体。

基于上述方同轴结构，所述金属腔底座整体为长方体结构，所述金属腔底座、盖板和外部连接端均通过螺栓进行连接，

基于上述方同轴结构，所述金属腔底座与盖板的接触面上设置有定位柱，所述盖板上设置有通气孔。

基于上述方同轴结构，所述外部连接端内部设置有与连接部相匹配的连接孔，通过连接孔与连接部进行连接。

基于上述方同轴结构，方同轴外导体的金属腔底座两端分别有与侧面中心对称的四个法兰固定螺纹孔，用于与外部连接端连接；上述方同轴外导体的金属腔底座上方开口两侧，有五对呈轴线对称的螺纹孔，用来与盖板连接；所述定位柱设置为4个，分别轴线对称分布在金属腔底座上，所述通气孔设置为3个，且通气孔位于同一轴线上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中超材料的内导体通过不同大小的长方体实现了在方同轴的内导体表面构造周期性的粗糙结构，粗糙的表面可以在不增加方同轴的体积和重量的情况下，改变微放电关键性因素f × d中的导体间隔距离d。由超材料在方同轴内导体表面形成了一个个凹槽形电子吸收区，从内导体各部分到外导体的距离d不同，内导体表面附近的电磁场也呈现非均匀分布，二次电子运动轨道发生变化，避免了满足微放电的振荡条件。由于初级电子的随机性，产生的一些次级电子可能不会进入所设计的槽（电子吸收区）中；而有一些次级电子会击中凹槽的内侧，这些电子大多会被吸收，或者产生少量二次电子(这是第二代次级电子)；这个过程不断重复，不断消耗电子的能量，使电子被表面吸收，减少二次电子的发射，进而实现通过改变方同轴微放电发生条件提升了方同轴的微放电阈值功率，使方同轴可以应用于更高功率的空间微波器件。

附图说明

图1是本发明整体爆炸结构的示意图；

图2是本发明整体封装完成后的结构示意图；

图3是本发明整体的超材料内导体的示意图；

图4是本发明内导体的侧视结构示意图；

图中：1、外导体；2、内导体；21、第一导体部；22、第二导体部；23、连接部；11、金属腔底座；12、盖板；13、外部连接端；14、容纳腔；15、定位柱；16、通气孔；17、连接孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

本发明提供一种技术方案：

请参照图3~4所示，一种超材料内导体，包括第一导体部21、第二导体部22和连接部23，所述第一导体部21和第二导体部22交错设置在连接部23之间，第一导体部21和第二导体部22之间形成电子吸收区；通过连接部23与外界连接并连通，使电磁波沿内导体2的长度方向进行运动；

所述第一导体部21和第二导体部22表面粗糙处理，所述第一导体部21和第二导体部22的截面结构和/或投影结构不相同；

本方案所述的电子吸收区为对电子进行吸收和/或阻挡的结构或功能区。

基于上述结构，第一导体部21和第二导体部22的粗糙表面可以在不增加内导体2的体积和重量的情况下，改变微放电关键性因素f × d中的导体间隔距离d；由超材料在方同轴内导体2表面形成了一个个凹槽形电子吸收区，从内导体各部分到外导体的距离d不同，内导体表面附近的电磁场也呈现非均匀分布，二次电子运动轨道发生变化，避免了满足微放电的振荡条件。由于初级电子的随机性，产生的一些次级电子可能不会进入所设计的槽（电子吸收区）中；而有一些次级电子会击中凹槽的内侧，这些电子大多会被吸收，或者产生少量二次电子(这是第二代次级电子)；这个过程不断重复，不断消耗电子的能量，使电子被表面吸收，减少二次电子的发射，进而实现通过改变方同轴微放电发生条件提升了方同轴的微放电阈值功率，使方同轴可以应用于更高功率的空间微波器件。

所述第一导体部21和第二导体部22可以为大小不同的圆柱体、长方体、立方体、圆台体结构中的一种或多种结合；

在本实施例中，第一导体部21和第二导体部22为长方体结构，第一导体部21的竖截面面积不小于第二导体部22的竖截面面积；第一导体部21与第二导体部22相互间隔，且周期排列，所述连接部23为圆柱体结构。

实施例2

基于上述实施1，请参照图1~2所示，一种方同轴，包括外导体1和内导体2，所述内导体2做了表面处理，使用超材料结构增加了方同轴内导体2表面的粗糙度，在电参数符合要求的条件下提高方同轴的微放电阈值功率，所述超材料结构是由一个个粗细相间、周期排列的长方体连接而成；

所述外导体1包括金属腔底座11、盖板12和外部连接端13，所述盖板12设置在金属腔底座11顶部位置，所述外部连接端13设置在金属腔底座11两端位置，所述金属腔底座11整体为长方体结构，所述金属腔底座11上设置有容纳腔14，所述容纳腔14用于放置内导体2；

所述金属腔底座11、盖板12和外部连接端13均通过螺栓进行连接，方便整体的组装；所述金属腔底座11与盖板12的接触面上设置有定位柱15，通过定位柱15能够快速将盖板12和金属腔底座11进行精准装配；

在本实施例中，定位柱15设置为4个，分别轴线对称分布在金属腔底座11上，起到机械规定的作用，同时保证盖板12与底座之间对位连接准确。

所述盖板12上设置有通气孔16，通气孔16用于降低装配完成后容纳腔14中的气压；

在本实施例中所述通气孔16设置为3个，且通气孔16位于同一轴线上。

所述外部连接端13内部设置有与连接部23相匹配的连接孔17，通过连接孔17与连接部23进行连接，如榫卯结构连接；通过外部连接端13与其他微波器件进行连连接，

方同轴外导体1的金属腔底座11两端分别有与侧面中心对称的四个法兰固定螺纹孔，用于与外部连接端13连接；上述方同轴外导体1的金属腔底座11上方开口两侧，有五对呈轴线对称的螺纹孔，用来与盖板12连接，形成完整腔体；

本方案中，方同轴的外导体1和内导体2可以自由拆卸封装，方同轴内导体2的固定是通过连接（榫卯结构）两端的 L29 同轴内导体2完成的，所述两端圆柱头分别与L29接头连接，用于电磁波的输入和输出，可以和现有测试平台接口匹配；

超材料的内导体2通过不同大小的长方体实现了在方同轴的内导体2表面构造周期性的粗糙结构，粗糙的表面可以在不增加方同轴的体积和重量的情况下，改变微放电关键性因素f × d中的导体间隔距离d。由超材料在方同轴内导体2表面形成了一个个凹槽形电子吸收区中，从内导体各部分到外导体的距离d不同，内导体表面附近的电磁场也呈现非均匀分布，二次电子运动轨道发生变化，避免了满足微放电的振荡条件。由于初级电子的随机性，产生的一些次级电子可能不会进入所设计的槽（电子吸收区）中；而有一些次级电子会击中凹槽的内侧，这些电子大多会被吸收，或者产生少量二次电子(这是第二代次级电子)；这个过程不断重复，不断消耗电子的能量，使电子被表面吸收，减少二次电子的发射，进而实现通过改变方同轴微放电发生条件提升了方同轴的微放电阈值功率，使方同轴可以应用于更高功率的空间微波器件。

所述以上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 (8)

1.一种超材料内导体，其特征在于：包括第一导体部、第二导体部和连接部，所述第一导体部和第二导体部交错设置在连接部之间，所述第一导体部和第二导体部表面粗糙处理，所述第一导体部和第二导体部的截面结构和/或投影结构不相同设置；第一导体部和第二导体部之间形成电子吸收区；通过连接部与外界连接并连通，使电磁波沿内导体的长度方向进行运动。

2.根据权利要求1所述的一种超材料内导体，其特征在于：所述第一导体部和第二导体部为大小不同的圆柱体、长方体、立方体、圆台体结构中的一种或多种结合。

3.根据权利要求2所述的一种超材料内导体，其特征在于：第一导体部和第二导体部为长方体结构，第一导体部的竖截面面积不小于第二导体部的竖截面面积；第一导体部与第二导体部相互间隔，且周期排列。

4.一种方同轴，其特征在于：包括外导体和如权利要求1~3任意一项所述的内导体，所述内导体做了表面处理，所述外导体包括金属腔底座、盖板和外部连接端，所述盖板设置在金属腔底座顶部位置，所述外部连接端设置在金属腔底座两端位置，所述金属腔底座上设置有容纳腔，所述容纳腔用于放置内导体。

5.根据权利要求4所述的一种方同轴，其特征在于：所述金属腔底座整体为长方体结构，所述金属腔底座、盖板和外部连接端均通过螺栓进行连接，

6.根据权利要求5所述的一种方同轴，其特征在于：所述金属腔底座与盖板的接触面上设置有定位柱，所述盖板上设置有通气孔。

7.根据权利要求6所述的一种方同轴，其特征在于：所述外部连接端内部设置有与连接部相匹配的连接孔，通过连接孔与连接部进行连接。

8.根据权利要求7所述的一种方同轴，其特征在于：方同轴外导体的金属腔底座两端分别有与侧面中心对称的四个法兰固定螺纹孔，用于与外部连接端连接；上述方同轴外导体的金属腔底座上方开口两侧，有五对呈轴线对称的螺纹孔，用来与盖板连接；所述定位柱设置为4个，分别轴线对称分布在金属腔底座上，所述通气孔设置为3个，且通气孔位于同一轴线上。

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