CN115394617A - 一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构 - Google Patents

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徐勇
王高磊
田辰彦
赵伟晴
王威
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Abstract

本发明公开了一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，属于微波、毫米波器件技术领域。该结构包括同轴并依次连接的锥形水负载吸收单元、至少一个级联负载吸收单元；所有负载吸收单元之间通过连接圆波导相连，末端的级联负载吸收单元的另一端为高功率微波馈入端口；各负载吸收单元均设置有进水口和出水口。本发明将高功率电磁波的总功率按照一定的比例分配到级联的各段吸收负载单元，保证各负载吸收单元所吸收的电磁功率不超过其功率容量；由于每段负载吸收单元的功率容量均可与传统单体双锥型石英玻璃吸收负载的功率容量相比拟，因此本发明的水负载结构具有更高的功率容量。

Description

一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构
技术领域
本发明属于微波、毫米波器件技术领域，具体涉及一种用于吸收回旋行波管或其它高功率微波毫米波源输出的高功率电磁波的级联型水负载结构。
背景技术
高功率微波、毫米波以及太赫兹波是一类重要的电磁频谱资源，它们均由高功率微波、毫米波以及太赫兹源产生。回旋行波管是一种重要的微波、毫米波以及太赫兹源，以其宽带、高功率的特点，在通信、雷达、电子战、特种陶瓷加工、受控热核聚变等军事以及民用领域有着广泛的应用前景，因而在国际上以及国内受到高度重视。美、俄等大国均投入大量的资金对其进行研究，并取得了一系列的研究成果。大功率水负载在回旋行波管的研制过程中扮演着重要的角色，它可以在较宽的频带范围实现对回旋行波管输出的高功率电磁波的吸收，有效避免高功率电磁波对环境污染和人员的伤害。
随着技术的进步，回旋行波管的输出功率越来越高，输出带宽也越来越宽。这也给水负载的设计提出了更高的要求。传统的回旋行波管水负载结构一般为单体双锥型石英玻璃吸收负载结构。为了提高传统水负载结构的功率容量，可以通过如下两种方法来实现，第一种直接提高冷却液的流量。第二种方法则是增加石英玻璃吸收负载的体积，以增加吸收面积。但这两种方法均会引起石英玻璃吸收负载内部压力的增加，由于每个石英玻璃吸收负载的承压能力有限，因此，石英玻璃吸收负载的冷却液的流量不能过高，体积不能过大，不然就会造成石英玻璃吸收负载的损坏。这样也限制了传统的单体双锥型石英玻璃吸收负载的功率容量的进一步提升。
发明内容
为了克服传统回旋行波管水负载结构所遇到的上述问题，本发明提出了一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构。高功率源输出的高功率电磁波通过多个级联的吸收负载单元，在吸收负载中被逐级吸收。根据电磁波在多层介质中透射波的反射波与入射波的反射波的相位抵消原理，通过调节每段吸收负载内层介质的厚度来控制每段吸收负载的插损，进而控制每段吸收负载的吸收功率。本发明将高功率电磁波的总功率按照一定的比例分配到级联的各段吸收负载单元，保证各负载吸收单元所吸收的电磁功率不超过其功率容量。由于每段负载吸收单元的功率容量均可与传统单体双锥型石英玻璃吸收负载的功率容量相比拟，因此本发明的水负载结构具有更高的功率容量。
本发明采取以下的技术措施实现：
一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，包括：同轴并依次连接的锥形水负载吸收单元、至少一个级联负载吸收单元；锥形水负载吸收单元与级联负载吸收单元之间通过连接圆波导相连，当存在两个以上的级联负载吸收单元时，相邻级联负载吸收单元之间也通过连接圆波导相连；末端的级联负载吸收单元的另一端为高功率微波馈入端口；
所述锥形水负载吸收单元和所述级联负载吸收单元，均设置有进水口和出水口。
进一步地，所述级联负载吸收单元，包括内圆柱壳体、外圆柱壳体、进水口、出水口；所述内圆柱壳体与外圆柱壳体的两端封闭，两者之间为中空水室；所述进水口和出水口分别设置于级联负载吸收单元的两端。
进一步地，所述连接圆波导的两端面设置有环形凹槽，用于嵌入并固定负载吸收单元。
进一步地，所述连接圆波导的内壁两端切角处理，减小因结构不连续而引起的反射。
与单体双锥型石英玻璃吸收负载结构相比，本发明采用级联型模块化设计，每个模块都有独立的水吸收散热系统，各模块的进出水口只需承担各自单元的水室压力，若需增加吸收功率，只需增加连接的模块数量即可，不会增加各单元的水室压力。
本发明的优点为：
1、功率容量大。
2、可按照吸收功率的需要灵活选择中空圆柱形负载吸收单元的数量。
附图说明
图1为本发明级联型水负载整体结构示意图。
图2为锥形水负载吸收单元结构示意图。
图3为连接圆波导结构示意图。
图4为中级联负载吸收单元结构示意图。
图5为实施例中级联型水负载结构的整体尺寸标注图，断面线代表有多级连接。
图6为实施中级联负载吸收单元的插入损耗。
图7为实施中锥形水负载吸收单元的端口反射。
具体实施方式
下面结合一个具体实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：
本实施例中的级联型水负载技术指标要求：
工作模式：TE01模；
工作频段：X波段(8——12GHz)；
吸收单元反射参数：大于30dB；
本实施例的X波段TE01模级联型水负载结构，包括同轴并依次连接的锥形水负载吸收单元、3个级联负载吸收单元。
锥形水负载吸收单元与级联负载吸收单元之间通过连接圆波导相连，相邻级联负载吸收单元之间也通过连接圆波导相连；末端的级联负载吸收单元的另一端为高功率微波馈入端口；
所述级联负载吸收单元，包括内圆柱壳体、外圆柱壳体、进水口、出水口；所述内圆柱壳体与外圆柱壳体的两端封闭，两者之间为中空水室；所述进水口和出水口分别设置于级联负载吸收单元的两端。
所述连接圆波导的两端面设置有环形凹槽，用于嵌入并固定负载吸收单元；内壁两端切角处理，用于减小反射。
本实施例中级联型水负载结构的整体尺寸标注图如图5所示，其中，锥形水负载吸收单元的圆锥部分高度H1为170.2mm，底部圆柱高度H2为50mm。级联负载吸收单元的高度H3为200mm，中空水室内直径d2为64mm、水室厚度T2为5mm。各进出水口的长度L1都为30mm，出入水口直径d1为20mm，石英玻璃厚度T1为2mm。连接圆波导的内半径a3＝58mm，高度H4＝20mm。利用三维电磁场数值仿真软件CST对水负载进行仿真计算，得到各个单元的S参数特性曲线，图6为实施中级联负载吸收单元的S参数即插入损耗，图7为实施中锥形水负载吸收单元的S参数即端口反射，从结果可以看出，吸收单元反射参数小于-30dB，衰减波导的插入损耗小于2dB整体在1dB左右，此时水负载的工作频带为x全波段。

Claims (4)

1.一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，其特征在于，包括：同轴并依次连接的锥形水负载吸收单元、至少一个级联负载吸收单元；锥形水负载吸收单元与级联负载吸收单元之间通过连接圆波导相连，当存在两个以上的级联负载吸收单元时，相邻级联负载吸收单元之间也通过连接圆波导相连；末端的级联负载吸收单元的另一端为高功率微波馈入端口；
所述锥形水负载吸收单元和所述级联负载吸收单元，均设置有进水口和出水口。
2.如权利要求1所述一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，其特征在于，所述级联负载吸收单元，包括内圆柱壳体、外圆柱壳体、进水口、出水口；所述内圆柱壳体与外圆柱壳体的两端封闭，两者之间为中空水室；所述进水口和出水口分别设置于级联负载吸收单元的两端。
3.如权利要求2所述一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，其特征在于，所述连接圆波导的两端面设置有环形凹槽，用于嵌入并固定负载吸收单元。
4.如权利要求3所述一种用于高功率回旋行波管的级联型吸收水负载结构，其特征在于，所述连接圆波导的内壁两端切角处理。
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