CN113848379B - 一种高功率毫米波全金属假负载 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率毫米波全金属假负载，所述假负载包括：壳体，所述壳体构成腔室状结构，所示壳体上设有用于接收电磁波入射的开口；反射吸收层，所述反射吸收层以所述开口的中心线为轴线构成圆环状吸收结构体；反射体，所述反射体位于所述腔室结构内，并正对所述开口设置，且所述反射体为锥状结构；所述反射体、反射吸收层和壳体内分别设有冷却液流道，且各冷却液流道相互导通。本发明假负载通过采用双层错角圆形分布的反射吸收层，结合外壳、反射体和前反射面，控制电磁波在假负载内部的传播方向，使得电磁波不再从入口法兰传出，电磁波在不锈钢材料表面被完全吸收，保证了回旋管输出功率监测的准确性。

Description

一种高功率毫米波全金属假负载

技术领域

本发明属于毫米波测试装置领域，应用于高功率毫米波源运行调试及功率测量，尤其适用于高功率毫米波回旋管的功率测试或调试工作，尤其涉及一种高功率毫米波全金属假负载。

背景技术

磁约束热核聚变实验研究中，需采用高功率毫米波进行电子回旋共振加热。高功率毫米波源通常为一种电真空器件，名为回旋管。回旋管输出的电磁波功率通常高达百千瓦量级，甚至是兆瓦量级。由于输出的电磁波功率很高，在调试过程中，需要采用假负载将输出的电磁波功率吸收，防止泄漏。另外，回旋管输出的电磁波功率的测量，也需要使用假负载。假负载将回旋管输出的电磁波功率吸收后转换为热量，热量由假负载内部冷却液带走，通过对冷却液带走的热量进行测量，即可推算出回旋管输出的电磁波功率。

目前，通常使用的高功率假负载有两种：一种是在金属壳体内部，密集缠绕聚四氟乙烯水管，回旋管输出的电磁波功率可穿透聚四氟乙烯水管，之后被水吸收，在这种假负载中，水既是吸收功率的介质也是冷却介质；另一种是在金属壳体内表面涂敷吸收涂层(氧化钛或氧化铬等)，该涂层吸收回旋管输出的电磁波功率后产生热量，再通过冷却液将热量带走。

对于带有聚四氟乙烯水管的假负载，真空密封困难(高功率运行条件下，必须真空密封)，反射率较大，聚四氟乙烯管耐受温度较低，有漏水风险。对于带有吸收涂层的假负载，在高功率条件下，吸收涂层容易过热脱落，影响负载性能。

因此，亟需研究一种结构稳定对电磁波吸收效率高的假负载。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种高功率毫米波全金属假负载，通过本发明假负载的结构设计提高了装置的结构稳定性和电磁波的吸收效率。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高功率毫米波全金属假负载，所述假负载包括：壳体，所述壳体构成腔室状结构，所示壳体上设有用于接收电磁波入射的开口；反射吸收层，所述反射吸收层以所述开口的中心线为轴线构成圆环状吸收结构体；反射体，所述反射体位于所述腔室结构内，并正对所述开口设置，且所述反射体为锥状结构；所述反射体、反射吸收层和壳体内分别设有冷却液流道，且各冷却液流道相互导通。

根据一个优选的实施方式，所述反射吸收层包括共轴心线设置第一角向反射吸收层和第二角向反射吸收层，所述第一角向反射吸收层设置于所述第二角向反射吸收层的内侧。

根据一个优选的实施方式，所述第一角向反射吸收层和/或第二角向反射吸收层由若干同向设置的钢管构成。

根据一个优选的实施方式，所述钢管的截面为扁形结构。

根据一个优选的实施方式，所述第一角向反射吸收层的钢管与第二角向反射吸收层的钢管在周向方向上反向交错分布设置。

根据一个优选的实施方式，所述壳体在靠近于开口位置处的前反射面为锥形面结构。

根据一个优选的实施方式，所述前反射面的锥角与所述反射体的锥角大小相同。

根据一个优选的实施方式，所述壳体的开口处设有法兰。

根据一个优选的实施方式，所述假负载还包括：冷却液的进液口和出液口，所述进液口设置于所述反射体上，并与反射体内的流道连通，所述出液口位于所述壳体上靠近于开口位置处设置，并与壳体内的流道连通。

根据一个优选的实施方式，所述假负载由不锈钢材质制得。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，各非冲突选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：本发明假负载通过采用双层错角圆形分布的反射吸收层，结合外壳、反射体和前反射面，控制电磁波在假负载内部的传播方向，使得电磁波不再从入口法兰传出，电磁波在不锈钢材料表面被完全吸收。并通过本发明假负载的结构设计提高了装置的结构稳定性和电磁波的吸收效率，并保证了回旋管输出功率监测的准确性。

附图说明

图1是本发明假负载的剖视结构图；

图2是本发明假负载的第一角反射吸收层和第二角反射吸收层的截面示意图；

图3是本发明假负载中钢管的截面示意图；

图4是本发明假负载的中冷却液的流向示意图；

其中，101-壳体，102-第一角向反射吸收层，103-第二角向反射吸收层，104-反射体，105-前反射面，106-法兰，107-进液口，108-出液口，109-钢管，200-电磁波入射方向。

具体实施方式

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1：

参考图1至图4所示，本发明公开了一种高功率毫米波全金属假负载，所述假负载包括：壳体101、反射吸收层和反射体104。所述壳体101用于实现本假负载的结构支撑及电磁波吸收。所述反射吸收层用于实现电磁波的反射以及吸收。所述反射体104主要用于实现将电磁波反射至反射吸收层。

优选地，所述壳体101构成腔室状结构，例如可以为一个罐体。所示壳体101上设有用于接收电磁波入射的开口。具体地，所述开口可以设置于所述罐体接受电磁波对应面的中心位置处。

进一步地，所述壳体101为双层结构。其中，外层壳体主要起结构支撑作用，内层壳体可吸收电磁波功率。内层壳体与外层壳体间为冷却液的流道。通过流道中的冷却液带走内层壳体上产生的热量。

进一步地，所述壳体101在靠近于开口位置处的前反射面105为锥形面结构。所述前反射面105的锥角与所述反射体104的锥角大小相同。从而可将部分传播到此面的电磁波反射回假负载内部。

进一步地，所述壳体101的开口处设有法兰106。所述法兰106可以为CF真空法兰，设置于电磁波注入口，可与电磁波传输线真空封接。

优选地，所述反射吸收层以所述开口的中心线为轴线构成圆环状吸收结构体。

优选地，所述反射吸收层包括共轴心线设置第一角向反射吸收层102和第二角向反射吸收层103。所述第一角向反射吸收层102设置于所述第二角向反射吸收层103的内侧。

优选地，所述第一角向反射吸收层102和/或第二角向反射吸收层103由若干同向设置的钢管109构成。即是，各钢管109其轴向方向平行设置。

优选地，所述钢管109的截面为扁形结构。即是各钢管109在截面上为类似平板状结构，不是圆形的管体。

优选地，所述第一角向反射吸收层102的钢管109与第二角向反射吸收层103的钢管109在周向方向上反向交错分布设置。

具体地，如图2所示，第一角向反射吸收层102上的各钢管109与本结构层围成圆环对应的半径方向呈一定的角度设置，例如为120°。第二角向反射吸收层103上的各钢管109与本结构层围成圆环对应的半径方向呈一定的角度设置，例如为210°。从而使得第一角向反射吸收层102的钢管109与第二角向反射吸收层103的钢管109在周向方向上反向设置。

从而，对反射体104反射的电磁波在第一角向反射吸收层102的与第二角向反射吸收层103的扁钢管表面多次反射后进入第二角向反射吸收层103与外壳101之间并受至约束，基本不会再反射回腔体入口处，完成电磁波的吸收。

进一步地，所述反射吸收层可以为多层结构设置，例如三层、四层甚至更多。

优选地，所述反射体104位于所述壳体101构成的腔室结构内，并正对壳体101上的开口设置，且所述反射体104为锥状结构。通过所述反射体104实现对经开口射入腔内的电磁波实现反射处理。并且，由于反射体104为锥状结构，可以实现将电磁波反射至第一角向反射吸收层102。

优选地，所述反射体104、反射吸收层和壳体101内分别设有冷却液流道，且各冷却液流道相互导通。反射吸收层中的冷却液流道即是各钢管109的内部空间。

优选地，所述假负载还包括冷却液的进液口107和出液口108。所述进液口107设置于所述反射体104上，并与反射体104内的流道连通。所述出液口108位于所述壳体101上靠近于开口位置处设置，并与壳体内的流道连通。

如图4所示，冷却液(通常为水)经进液口107注入，沿箭头方向流动至出液口108流出。通过监测冷却液流量和温度变化情况，可计算得出回旋管输出功率。

优先地，本发明假负载由不锈钢材质制得。直接采用不锈钢(毫米波在不锈钢表面损耗较大，可将不锈钢作为吸收材料)做吸收回旋管输出的电磁波功率，同时不锈钢做为壳体材料，可将电磁波反射降至很低，电磁波功率绝大部分被不锈钢材料吸收。然后通过冷却液(通常用水)对不锈钢进行冷却，将热量带走。由于是全金属结构，容易实现真空密封，不易出现漏气漏水现象，不再采用吸收涂层，亦不用担心涂层脱落问题，更易于实现高功率连续稳定工作。

本发明假负载通过采用双层错角圆形分布的反射吸收层，结合外壳101、反射体104和前反射面105，控制电磁波在假负载内部的传播方向，使得电磁波不再从入口法兰传出，电磁波在不锈钢材料表面被完全吸收。并通过本发明假负载的结构设计提高了装置的结构稳定性和电磁波的吸收效率，并保证了回旋管输出功率监测的准确性。

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 (6)

1.一种高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述假负载包括：

壳体（101），所述壳体（101）构成腔室状结构，所示壳体（101）上设有用于接收电磁波入射的开口；

反射吸收层，所述反射吸收层以所述开口的中心线为轴线构成圆环状吸收结构体；

反射体（104），所述反射体（104）位于所述腔室状结构内，并正对所述开口设置，且所述反射体（104）为锥状结构；

所述反射体（104）、反射吸收层和壳体（101）内分别设有冷却液流道，且各冷却液流道相互导通；

所述反射吸收层包括共轴心线设置第一角向反射吸收层（102）和第二角向反射吸收层（103），所述第一角向反射吸收层（102）设置于所述第二角向反射吸收层（103）的内侧；

所述第一角向反射吸收层（102）和/或第二角向反射吸收层（103）由若干同向设置的钢管（109）构成；

所述钢管（109）的截面为扁形结构；

所述第一角向反射吸收层（102）的钢管（109）与第二角向反射吸收层（103）的钢管（109）在周向方向上反向交错分布设置。

2.如权利要求1所述的高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述壳体（101）在靠近于开口位置处的前反射面（105）为锥形面结构。

3.如权利要求2所述的高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述前反射面（105）的锥角与所述反射体（104）的锥角大小相同。

4.如权利要求1所述的高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述壳体（101）的开口处设有法兰（106）。

5.如权利要求1所述的高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述假负载还包括：冷却液的进液口（107）和出液口（108），

所述进液口（107）设置于所述反射体（104）上，并与反射体（104）内的流道连通，所述出液口（108）位于所述壳体（101）上靠近于开口位置处设置，并与壳体（101）内的流道连通。

6.如权利要求1至5任一项所述的高功率毫米波全金属假负载，其特征在于，所述假负载由不锈钢材质制得。

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