CN113552413B - 一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，包括电阻陶瓷管、射频头连接件、射频头、外导体管、支撑件、循环水连接件；所述外导体管套接在电阻陶瓷管外侧，电阻陶瓷管的一端通过射频头连接件与射频头相连接，射频头连接件外侧套接有支撑件，电阻陶瓷管的另一端与外导体管的一端相连接，外导体管的另一端与支撑件相连接；电阻陶瓷管中部外侧涂覆有电阻浆料层，电阻陶瓷管两端外侧分别涂覆导电漆层；所述循环水连接件与外导体管远离支撑件的一端相连接，循环水连接件内部与电阻陶瓷管内部相连通；所述外导体管的内径由外导体管靠近支撑件的一端向外导体管靠近循环水连接件的一端逐渐缩小。

Description

一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器

技术领域

本发明涉及微波大功率测量领域，尤其涉及一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器。

背景技术

中大功率微波广泛应用在通信、雷达、遥感等领域，功率参数的准确测量直接决定这些领域中无线电仪器设备的性能评估，甚至决定应用效果。通过测量发射机的输出功率可以确定雷达作用距离；由测量出的放大器及各种元器件的输入输出功率可以确定增益、插损、隔离度等技术指标；在卫星通信、航天遥感等领域，微波中功率测量不准会导致更大功率裕量的设备上天，造成星载装备重量、体积加大，直接加大了发射成本、降低了效率。移动通信基站发射功率测量不准，会严重影响基站覆盖范围的评估，造成基站覆盖率不足和建设成本的增加。

目前微波大功率连续波功率参数的溯源方式是通过耦合器或衰减器溯源到微波小功率基准，由于衰减器和耦合器在微波中大功率连续波工作条件下的散射、频响等参数与小功率下的定标值存在一定偏差，且由于溯源到小功率基准的溯源链路长，影响因素多，导致通过小功率基准溯源的测量误差较大，无法满足科学研究、工业生产对功率参数准确测量的需求。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种结构简单、准确率高的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，包括电阻陶瓷管、射频头连接件、射频头、外导体管、支撑件、循环水连接件；所述外导体管套接在电阻陶瓷管外侧，电阻陶瓷管的一端通过射频头连接件与射频头相连接，射频头连接件外侧套接有支撑件，电阻陶瓷管的另一端与外导体管的一端相连接，外导体管的另一端与支撑件相连接；电阻陶瓷管中部外侧涂覆有电阻浆料层，电阻陶瓷管两端外侧分别涂覆有第一导电漆层、第二导电漆层，第一导电漆层、第二导电漆层的一端均与电阻浆料层相连通，第一导电漆层的另一端与射频头连接件电性连接，第二导电漆层的另一端与外导体管电性连接；所述循环水连接件与外导体管远离支撑件的一端相连接，循环水连接件内部与电阻陶瓷管内部相连通；所述外导体管的内部空间呈橫置的圆锥台状，外导体管的内径由外导体管靠近支撑件的一端向外导体管靠近循环水连接件的一端逐渐缩小。

进一步的，所述射频头连接件的一端与第一导电漆层焊接，射频头连接件的另一端与射频头相连接，射频头为N型法兰射频头；所述支撑件为聚四氟乙烯支撑件，聚四氟乙烯支撑件套接在射频头连接件以及射频头外侧。

进一步的，所述外导体管的一端套接在支撑件外侧，外导体管外侧套接有法兰连接件，法兰连接件内侧壁分别与外导体外侧壁、支撑件外侧壁螺纹连接；所述法兰连接件的一端与射频头的一端螺栓连接。

进一步的，所述电阻陶瓷管靠近循环水连接件的一端设置有空心螺杆并通过空心螺杆与外导体管的端头内侧壁螺纹连接，空心螺杆的一端与电阻陶瓷管的一端相连接且空心螺杆与电阻陶瓷管内部相连通，空心螺杆的另一端与循环水连接件内部相连通。

进一步的，所述循环水连接件与外导体管的一端外侧壁螺纹连接，循环水连接件内设置有进水通道、出水通道，进水通道、出水通道均通过空心螺杆与电阻陶瓷管内部相连通。

进一步的，所述空心螺杆靠近循环水连接件的一端固定连接有扳手螺母，扳手螺母的外径大于空心螺杆的外径。

进一步的，所述电阻陶瓷管的外径为6mm，内径为4mm，长度为90mm；电阻陶瓷管内嵌接有通水水管。

进一步的，所述电阻浆料层外侧涂覆有防腐漆。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过射频头将被测仪器输出的大功率微波经射频头连接件输送到电阻陶瓷管上，经电阻陶瓷管将电磁能量转化为热能量并经循环水连接件内的水流流出，通过对流出的水流热量进行测量即可实现大功率微波的测量操作；本发明可以可以检测10MHz～7.5GHz频率范围，1～100W功率范围的射频电磁波，其通过水流量热的方法进行大功率测量，缩短了功率溯源链，减小了测量系统的测量误差，提高了大功率微波的测量精准度；同时水流在量热的同时具有降温、散热效果，有效延长了电阻陶瓷管的使用寿命，提高了本发明的使用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为电阻陶瓷管的连接结构图；

图3为外导体管的连接结构图；

图4为循环水连接件的结构示意图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本实施例公开了一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，包括电阻管部分、内导体部分、外导体部分以及水路部分；

所述电阻管部分包括电阻陶瓷管2、电阻浆料层201、防腐漆、电阻陶瓷管左端导电漆层202、电阻陶瓷管右端导电漆层203；电阻陶瓷管2左端与内导体部分相连，右端与外导体部分相连；所述内导体部分包括N型法兰射频头 4、射频头连接件3，内导体部分左端与外导体部分相连，右端与电阻管部分相连。所述外导体部分包括锥型外导体管1、聚四氟乙烯支撑件5、法兰连接件6；外导体部分左端与内导体部分相连，右端与水路部分相连。所述水路部分包括循环水连接件7，循环水连接件7内设置有进水通道701、出水通道702；水路部分左端与外导体部分相连，右端与外部循环水系统进水端相连，上端与外部循环水出水端相连。

如图2所示，电阻陶瓷管2为精密电子陶瓷管，外径为6mm，内径为4mm，长度为90mm，加工公差0.1mm，外层材料为99氧化铝，表面抛光度为0.3um～ 0.6um。氧化铝电阻陶瓷管作为电阻浆料介质载体，与电阻浆料构成同轴式负载，电阻陶瓷管2内部嵌套有通水水管，由循环水将电阻陶瓷管产生的热量散出，因此电阻陶瓷管同时兼顾导热与绝缘双重性能；陶瓷管外壁刷有电阻浆料，由钌、钯等贵金属制成玻璃釉厚膜电阻，在50Hz的交流信号下，阻抗调节为50欧姆。电阻浆料外围刷有防腐漆，防止电阻受潮影响阻值与电性能。电阻陶瓷管2外壁、电阻浆料两端刷有银制导电漆，将电阻浆料与两侧的内、外导体连接导通。

内导体部分中，N型法兰射频头4用于直接与被测仪器的N型接口相连，直接接受大功率入射信号。N型法兰射频头外侧为方形法兰结构，其内部为圆柱状，由铍铜镀金材料制成，嵌入射频连接件的圆柱卡槽内，并通过细小压簧确保射频头与射频头连接件电导通，使大功率输入信号导入电阻陶瓷管中；其外部呈圆管状，为不锈钢材料；内部与外部中间由聚四氟乙烯填充而成。内导体部分中的射频连接件3为不锈钢材料、阶梯状结构件，用于连通N型法兰射频头4与电阻陶瓷管2，射频连接件3右端通过焊接与电阻陶瓷管左端导电漆层202相连，确保大功率电信号输入电阻陶瓷管2。大功率电磁波在电阻陶瓷管2中将电磁能量转化为热能量，并由电阻陶瓷管2内部循环水散发，射频连接件3左侧嵌入外导体部分的聚四氟乙烯支撑件5中，与外导体部分相连。电阻陶瓷管2右侧设置有空心螺杆204并通过空心螺杆204外侧壁的螺纹结构与外导体部分、水路部分相连，空心螺杆204最右侧设置有六角结构扳手螺母 205，其一方面为确保循环水不会进入外导体管1与电阻陶瓷管2之间的空腔内影响电阻性能；另一方面，方便组装时的力矩扳手固定，使得电阻陶瓷管2、外导体管1之间可以螺纹紧密结合。

如图3所示，外导体部分中，锥型外导体管1为不锈钢材料，其内部与电阻陶瓷管形成锥型渐变腔结构，确保射频频率下，10MHz～7.5GHz频率范围内的阻抗匹配。外导体管1外侧左端通过螺纹结构与法兰连接件6相连。法兰连接件6为不锈钢材料，通过螺丝与N型法兰射频头外面的法兰相连；外导体管 1右侧通过螺纹结构与水路部分相连；N型法兰射频头4、射频头连接件3、电阻陶瓷管左端导电漆层202、电阻浆料层201、电阻陶瓷管右端导电漆层203、外导体管1、法兰连接件6之间形成一个闭合通路，从而实现了电阻陶瓷管2 的电阻产热操作。

如图4所示，水路部分整体为不锈钢材料，循环水连接件7左侧通过螺纹与外导体管1相连，上侧为出水通道702，出水通道702与外部循环水系统出水管相连；右侧为进水通道701，进水通道701与外部循环水系统进水管相连；循环水进水管为冷水流入，吸收电阻陶瓷管产生的热能，水流温度上升后，热水通过出水管流出，通过热电堆进行量热，从而实现对大功率微波的准确标定。

本发明通过射频头将被测仪器输出的大功率微波经射频头连接件输送到电阻陶瓷管上，经电阻陶瓷管将电磁能量转化为热能量并经循环水连接件内的水流流出，通过对流出的水流热量进行测量即可实现大功率微波的测量操作；本发明可以可以检测10MHz～7.5GHz频率范围，1～100W功率范围的射频电磁波，其通过水流量热的方法进行大功率测量，缩短了功率溯源链，减小了测量系统的测量误差，提高了大功率微波的测量精准度；同时水流在量热的同时具有降温、散热效果，有效延长了电阻陶瓷管的使用寿命，提高了本发明的使用效果。

Claims (8)

1.一种用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述电阻管式大功率传感器包括电阻陶瓷管、射频头连接件、射频头、外导体管、支撑件、循环水连接件；所述外导体管套接在电阻陶瓷管外侧，电阻陶瓷管的一端通过射频头连接件与射频头相连接，射频头连接件外侧套接有支撑件，电阻陶瓷管的另一端与外导体管的一端相连接，外导体管的另一端与支撑件相连接；电阻陶瓷管中部外侧涂覆有电阻浆料层，电阻陶瓷管两端外侧分别涂覆有第一导电漆层、第二导电漆层，第一导电漆层、第二导电漆层的一端均与电阻浆料层相连通，第一导电漆层的另一端与射频头连接件电性连接，第二导电漆层的另一端与外导体管电性连接；所述循环水连接件与外导体管远离支撑件的一端相连接，循环水连接件内部与电阻陶瓷管内部相连通；所述外导体管的内部空间呈橫置的圆锥台状，外导体管的内径由外导体管靠近支撑件的一端向外导体管靠近循环水连接件的一端逐渐缩小。

2.如权利要求1所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述射频头连接件的一端与第一导电漆层焊接，射频头连接件的另一端与射频头相连接，射频头为N型法兰射频头；所述支撑件为聚四氟乙烯支撑件，聚四氟乙烯支撑件套接在射频头连接件以及射频头外侧。

3.如权利要求2所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述外导体管的一端套接在支撑件外侧，外导体管外侧套接有法兰连接件，法兰连接件内侧壁分别与外导体外侧壁、支撑件外侧壁螺纹连接；所述法兰连接件的一端与射频头的一端螺栓连接。

4.如权利要求3所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述电阻陶瓷管靠近循环水连接件的一端设置有空心螺杆并通过空心螺杆与外导体管的端头内侧壁螺纹连接，空心螺杆的一端与电阻陶瓷管的一端相连接且空心螺杆与电阻陶瓷管内部相连通，空心螺杆的另一端与循环水连接件内部相连通。

5.如权利要求4所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述循环水连接件与外导体管的一端外侧壁螺纹连接，循环水连接件内设置有进水通道、出水通道，进水通道、出水通道均通过空心螺杆与电阻陶瓷管内部相连通。

6.如权利要求5所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述空心螺杆靠近循环水连接件的一端固定连接有扳手螺母，扳手螺母的外径大于空心螺杆的外径。

7.如权利要求6所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述电阻陶瓷管的外径为6mm，内径为4mm，长度为90mm；电阻陶瓷管内嵌接有通水水管。

8.如权利要求7所述的用于微波大功率测量系统的电阻管式大功率传感器，其特征在于：所述电阻浆料层外侧涂覆有防腐漆。

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