CN114496483B - 一种大功率阻抗转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率阻抗转换器，包括壳体，壳体内形成空腔，壳体相对两侧外壁上设置有与空腔连通的输入端和输出端，其特征在于，空腔内设置有由多块磁环和多片散热片组成的散热磁环组，散热片上对应磁环的内径孔设置有走线孔，磁环与散热片交错排布并表面相贴，散热磁环组上缠绕有从输入端和输出端穿出的传输线，壳体上设有散热齿板，散热片接触到散热齿板上，磁环上设置有气隙，散热片上开设有从走线孔至散热片的边缘的断流槽，提高整个散热磁环组散热效果的同时避免磁场在散热片上形成环形涡流以降低损耗和发热，提高阻抗转换器的可承受功率。
Description
技术领域
本发明涉及射频阻抗匹配和平衡转换技术领域，具体涉及一种大功率阻抗转换器。
背景技术
天线的平衡馈电线路和前端不平衡线路相连时，具有不同的阻抗特性，不能简单地相互连接在一起。阻抗变换器通过为两种不同的线路提供阻抗转换和不平衡/平衡变换，使两种电路能获得良好的匹配。其实质是一种传输线变压器，根据输入和输出阻抗，设计绕法以此实现阻抗和不平衡/平衡转换。
现有的阻抗转换器只有小功率型号，在大功率使用时，传输线与磁环会因大功率信号传输产生极大的热量而迅速升温，当通过连续大功率时，磁环过热，阻抗转换器内部温度过高，传输线容易过热，且影响整个器件的性能指标，这些难点都需要攻关克服。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率阻抗转换器，解决阻抗转换器长期承受大功率高频信号的功率容量，损耗发热和散热的难题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种大功率阻抗转换器，包括壳体，所述壳体内形成空腔，所述壳体相对两侧外壁上设置有与所述空腔连通的输入端和输出端，所述空腔内设置有由多块磁环和多片散热片组成的散热磁环组，所述散热片上对应所述磁环的内径孔设置有走线孔，所述磁环与所述散热片交错排布并表面相贴，所述散热磁环组上缠绕有从所述输入端和所述输出端穿出的传输线，所述壳体上设有散热齿板，所述散热片接触到所述散热齿板上，所述磁环上设置有气隙，所述散热片上开设有从所述走线孔至所述散热片的边缘的断流槽。
作为本发明进一步的方案：还包括压紧连杆以及套设在所述压紧连杆两端的压紧螺母，所述散热片在所述磁环周围设置多个通孔，所述压紧连杆穿过所述通孔与所述压紧螺母配合收紧所述散热磁环组，使所述散热片与所述磁环之间保持表面紧贴。
作为本发明进一步的方案：所述压紧螺母与最外层的所述散热片之间设置有耐高温绝缘弹性垫片。
作为本发明进一步的方案：所述散热磁环组在轴向上分成多段间隔的小段散热磁环组，所述压紧连杆上套设有将所述小段散热磁环组间隔开的耐高温绝缘弹性垫套。
作为本发明进一步的方案：所述散热片的材质采用紫铜。
作为本发明进一步的方案：所述散热齿板内壁上设置有压配槽，所述散热片一侧嵌入所述压配槽内。
作为本发明进一步的方案：所述压配槽内设置有用于压紧所述散热片使其贴合在所述压配槽侧壁上的压条。
作为本发明进一步的方案：所述散热齿板外侧设置有若干散热齿，所述散热齿板采用铝散热片。
作为本发明进一步的方案：所述磁环和所述散热片底部设置有支撑底座，所述支撑底座采用耐高温绝缘材料。
作为本发明进一步的方案：相邻两条所述气隙之间交错布置。
本发明的有益效果：通过设置散热片和散热齿板，使相邻散热片夹持紧磁环，最大程度吸收磁环所散发出的热量，并快速高效地通过紧压密配的散热齿板将热量传导到腔体外面。且在散热片上设置有断流槽，磁环上设置有气隙，避免磁场在散热片上产生涡流和发热，提高阻抗转换器可承受功率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明水平剖面的结构示意图；
图2是本发明竖直剖面的结构示意图；
图3是本发明散热齿板与散热片的连接结构示意图；
图4是本发明另一角度的竖向剖面结构示意图；
图5是本发明中散热片的结构示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示，本发明为一种大功率阻抗转换器，包括壳体1，壳体1设置为矩形，壳体1内形成有空腔，壳体1的相对两侧外壁上分别设置有与空腔连通的输入端11(IF110)和输出端12(平衡铜螺栓)，便于阻抗转换器与外部设备连接。空腔内设置有由多块磁环21和多片散热片22组成的散热磁环组2，其中，磁环21与散热片22之间交错叠置并两者表面贴在一起，使每个磁环21都被相邻的两个散热片22夹持，这提高了散热片22与磁环21之间的传热接触面积。
散热片22上对应磁环21的内径孔具有走线孔221，传输线3穿过走线孔221和磁环21内径孔缠绕在散热磁环组2上，使磁环21在传输线3通电的情况下构成传输线阻抗转换线路，传输线3缠绕散热磁环组2后，连接输入端11和输出端12。传输线3的具体缠绕方式和圈数可根据阻抗变换理论按照实际需求进行设置，在此不做具体限定。
本实施例中，散热片22的材质采用紫铜，紫铜是极好的导热材料，导热系数高，在吸收热能后能快速将热量传导出去，同时其塑性极好，易于加工，同时其表面易形成氧化层，有良好的耐蚀性。
大功率阻抗转换器还包括多根压紧连杆4以及套设在每根压紧连杆4两端的压紧螺母41，散热片22在沿磁环21的外侧周围设置有多个通孔222。多根压紧连杆4依次穿过每层对应的通孔222将散热片22和磁环21串联起来，并且通过端头处的压紧螺母41收紧，使每片散热片22与每块磁环21表面充分紧贴在一起，保证磁环21上的热量能高效被散热片22吸收，压紧连杆4的材质采用耐高温绝缘材料，具体可设置为FR-4环氧棒，防止压紧连杆4连通散热片22产生感应电流，引起发热损耗。压紧连杆4除了采用耐高温绝缘材料，也可以采用金属材料，但需要包裹耐高温绝缘套。
压紧螺母41与外层的散热片22之间设置有耐高温绝缘弹性垫片51，通过耐高温绝缘弹性垫片51作为压紧螺母41与散热片22之间的垫层，为散热片22与压紧螺母41之间提供一定的弹性缓冲，防止散热片22和磁环21过热膨胀而损坏散热磁环组2。
为了便于磁环21内径孔中传输线3热量的流出，沿散热磁环组2的长度方向，即轴向，将散热磁环组2分成多段间隔的小段散热磁环组2，即每连续叠放几片磁环21和散热片22后，都留有一挡空隔6，该空隔6内的相邻散热片22之间不放置磁环21。这样，磁环21内径孔中因传输线3和磁环21发热而产生的热量可以从空隔6中流通导出，避免了磁环21内径孔温度过高。此时，为了保证间隔不影响磁环21和散热片22之间的贴合效果，在空隔6中，压紧连杆4上套设有与一个磁环21厚度一致的耐高温绝缘弹性垫套52，以保证磁环21和散热片22通过压紧连杆4紧密压紧成为一体；经过仿真优化，每间隔4-7个磁环21可设置一个空隔6。
壳体1上设有散热齿板13，散热齿板13设置为壳体1的两端侧，散热齿板13内壁上开设有压配槽131，将散热片22一端用压条7嵌入压配槽131内使散热片22能紧密与散热齿板13连接成一体从而提高导热效果，压条7可将散热片22牢固地压紧抵接在压配槽131侧壁上，使得散热片22和散热端板13之间紧配成为一体，其中，压条7需要具有足够的硬度和良好的导热性，避免散热片22与压配槽131之间连接松动以及保证热量能有效的传导至散热齿板13上；具体的，压条7的材质采用黄铜。散热齿板13外侧设置有若干散热齿132，增加了壳体1在空气中的散热面积，提高散热齿板13的整体散热能力，本实施例中，散热齿板13和散热齿132一体成型，散热齿板13和散热齿132的材质采用铝制作。
空腔内还设置有用于支撑散热片22和磁环21的支撑底座8，支撑底座8上设置有弧形凹陷的限位槽81，磁环21的底端放置在限位槽81内，限位槽81对磁环21具有一定的限位支撑作用，降低磁环21的晃动。通过支撑底座8将散热片22和磁环21支撑固定在腔体内。支撑底座8采用耐高温绝缘材料制作，避免产生感应电流在支撑底座8上产生损耗，同时也可以承受腔内高温，具体可采用绝缘的FR-4环氧板材制作，诚然，在其他实施例中，也可采用其它耐高温绝缘材料制作，在此不做具体限制。
散热片22上开设有断流槽223，断流槽223从走线孔221延伸至散热片的边缘，使磁场在散热片22上形成的环形涡流被打断而不能形成闭环，从而减小涡流损耗，提高阻抗转换器可承受的信号功率，改善阻抗转换器的性能指标。
进一步的，磁环21上也设置有避免产生磁饱和的气隙211，防止传输线3在通过大电流时磁感应强度过大造成磁环21的磁饱和。因为一旦产生磁饱和，磁环21会发热严重，因此，在磁环21体上切割出一条气隙211以避免磁饱和的产生，降低磁环21的发热，以便传输线3能传输更大的电流，提高阻抗转换器可承受的信号功率和电流强度，经过优选，相邻两条气隙211之间交错布置，使气隙导致的磁路变化不集中在同一直线上。
为提高阻抗变换器的平衡度，本实施例中，壳体1内的散热磁环组2采用对称双路设计，包括两列散热磁环组2，其中，如图1所示的，靠近左侧的一列散热片22的一端与左侧的散热齿板13连接，靠近右侧的一列散热片22的一端与右侧的散热齿板13连接，且每列散热片22中设置有两列并排的磁环21。
为取得较佳的散热性能，在本实施例中，散热片2为矩形，为了便于坐落在支撑底座8上，磁环的设置位置靠近散热片的下边缘，且磁环的下边缘略突出散热片的下边缘以便能够座落在支撑底座8的限位槽81中。
本实施例中，壳体1内设置两列散热片22，且每列散热片22中设置两列磁环21，通过上述设置的阻抗转换器的可以达到1：4的阻抗匹配，且频率可扩展至5-30MHz,平均功率(连续功率)可达40kw，传输损耗小(插损＜0.3dB)、驻波比小(＜1.3)、承受功率大(最高50kw)，平衡度高(相位差≤5°)，能满足大功率信号的阻抗转换需求。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种大功率阻抗转换器，包括壳体，所述壳体内形成空腔，所述壳体相对两侧外壁上设置有与所述空腔连通的输入端和输出端，所述空腔内设置有由多块磁环和多片散热片组成的散热磁环组，所述散热片上对应所述磁环的内径孔设置有走线孔，所述磁环与所述散热片交错排布并表面相贴，所述散热磁环组上缠绕有从所述输入端和所述输出端穿出的传输线，所述壳体上设有散热齿板，所述散热片接触到所述散热齿板上，所述磁环上设置有气隙，所述散热片上开设有从所述走线孔至所述散热片的边缘的断流槽，其特征在于：所述散热齿板为铝散热片，所述散热片的材质采用紫铜，所述散热齿板内壁上设置有压配槽，所述散热片一侧嵌入所述压配槽内，所述压配槽内设置有用于压紧所述散热片使其贴合在所述压配槽侧壁上的压条，所述压条的材质采用黄铜。
2.根据权利要求1所述的一种大功率阻抗转换器，其特征在于，还包括压紧连杆以及套设在所述压紧连杆两端的压紧螺母，所述散热片在所述磁环周围设置多个通孔，所述压紧连杆穿过所述通孔与所述压紧螺母配合收紧所述散热磁环组，使所述散热片与所述磁环之间保持表面紧贴。
3.根据权利要求2所述的一种大功率阻抗转换器，其特征在于，所述压紧螺母与最外层的所述散热片之间设置有耐高温绝缘弹性垫片。
4.根据权利要求2所述的一种大功率阻抗转换器,其特征在于，所述散热磁环组在轴向上分成多段间隔的小段散热磁环组，所述压紧连杆上套设有将所述小段散热磁环组间隔开的耐高温绝缘弹性垫套。
5.根据权利要求1所述的一种大功率阻抗转换器,其特征在于，所述散热齿板外侧设置有若干散热齿。
6.根据权利要求1所述的一种大功率阻抗转换器,其特征在于，所述磁环和所述散热片底部设置有支撑底座，所述支撑底座采用耐高温绝缘材料。
7.根据权利要求1所述的一种大功率阻抗转换器,其特征在于，相邻两条所述气隙之间交错布置。
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Denomination of invention: A high-power impedance converter Granted publication date: 20230714 Pledgee: The Bank of Shanghai branch Caohejing Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANGHAI HUAXIANG COMPUTER COMMUNICATION ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2024980011676 |
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