CN115411478A - 一种滑动短路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短路器，尤指一种波导滑动短路器；所述的滑动短路器包括外导体、内导体和电机控制机构三部分，其中外导体匹配波导国际标准，波导宽边长为a，波导窄边长为b，滑动短路面可移动距离大于半个波导波长λg；内导体具体尺寸根据仿真结果选取，其宽边和窄边比外导体略小，内导体一端侧面封闭，作为微波功率反射的短路面，内导体上、下宽边中部都开设有隔离缝隙；本发明提供了一种能匹配WR1500波导国际标准的滑动短路器，用于反射波导内传输的微波功率，并在波导内产生驻波，通过控制短路面，调节驻波波峰在波导内的位置，本发明中内导体的结构形式可实现微波功率反射及短路面位置的控制，指标性能良好，相对其它类型段路面加工更为简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种短路器，尤指一种波导滑动短路器。
背景技术
短路器又称为短路负载、全反射终端器，在微波系统中其作用是将电磁能量全部反射回去，其主要性能指标是工作频率范围、驻波比、连接器类型等。短路器按照传输线类型分为同轴和波导两种，其中波导短波器按标准波段划分其工作频率范围，同轴短路器的连接类型决定了其工作频率范围；驻波比指标对波导短路器而言40GHz以下可达180～100，33GHz～220GHz降到30～20；驻波是指频率相同、传输方向相反的两种波，沿传输线(此处为波导)形成的一种分布状态。其中的一个波一般是另一个波的反射波。中国散裂中子源(CSNS)648MHz耦合器老练平台用于加速腔耦合器的老练工作，648MHz耦合器老练平台包括速调管功率源、耦合器老练平台、波导传输系统等，由于耦合器需要承受正向功率和腔体打火时的反向功率的叠加，因此有必要设计并制造一款648MHz波导滑动短路器反射功率，用于耦合器的功率老练，目前该滑动短路器已加工测试完成。
发明内容
针对所述需求，本发明旨在提供一种短路器，尤指一种用于反射波导内传输的微波功率，并在波导内产生驻波，通过控制短路面，调节驻波波峰在波导内位置的滑动短路器。
本发明所采用的技术方案是：一种滑动短路器，所述的滑动短路器包括外导体、内导体和电机控制机构三部分，设计方法如下：
外导体：匹配波导国际标准，波导宽边长为a，波导窄边长为b，滑动短路面可移动距离大于半个波导波长λg即可；
λc为截止波长，对于TE10波，λc＝2a
λ0为工作波长，λ0＝c/f
λg为波导波长，
内导体：内导体整体形状呈四方体状，具体尺寸根据仿真结果选取，其宽边和窄边比外导体略小，且内导体一端侧面封闭，作为微波功率反射短路面，内导体上、下宽边中部都开设有隔离缝隙；
电机控制机构：使用步进电机驱动螺纹杆。
所述的滑动短路器的工作频率为648MHz，脉冲重复频率为25Hz，脉冲宽度小于1.2ms，波导接口为WR1500波导，S11输入反射系数的参数大于-0.05dB。
所述的内导体安装在外导体内部与电机控制机构连接，在电机控制结构的驱动下，内导体在外导体内直线滑动。
所述的内导体和外导体之间存在设计间隙，使用聚四氟底座隔离。
所述的内导体与外导体之间存在电压压差。
所述的设计间隙应达到所需功率的耐压要求。
所述的内导体的上下宽边中部都开设有隔离缝隙，隔离缝隙内部截面设计成过渡圆弧状，隔离缝隙可以有效隔离漏入内导体和外导体之间的微波功率传输。
所述的波导内的微波功率经过内导体短路面反射，在波导内产生驻波。
所述的电机控制机构采用步进电机驱动螺纹杆，实现控制拉伸内导体的直线滑动，进而控制内导体短路面相对外导体的位置，从而改变驻波波峰形成的位置。
所述的步进电机驱动螺纹杆传动从而带动拉伸控制杆实现内导体移动，螺纹杆传动的前后两个方向上各设一个开关节点，用于限位控制。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种能匹配WR1500波导国际标准的滑动短路器，用于反射波导内传输的微波功率，并在波导内产生驻波，通过控制短路面，调节驻波波峰在波导内的位置，本发明中内导体的结构形式可实现微波功率反射及短路面位置的控制，指标性能良好，相对其它类型段路面加工更为简单。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明中内导体的结构示意图。
图3是本发明中内导体的侧视截面图。
图4是本发明仿真实验结果图。
附图标注说明：1-外导体，11-波导宽边，12-波导窄边，2-内导体，21-短路面，22-宽边，23-窄边，24-隔离缝隙，25-过渡圆弧，3-电机控制机构，31-拉伸控制杆，32-螺纹杆，33-开关节点，34-步进电机，4-挡板。
具体实施方式
以下结合说明书附图详细说明发明的具体实施方式：
本发明中，主要是采用648MHz速调管功率源输出300kW正向微波功率，通过WR1500波导传输系统送至耦合器老练平台一端，经过两个对接的耦合器后从另一端输出，再连接至648MHz滑动短路器，正向微波功率经过648MHz滑动短路器全反射形成反向微波功率；正向和反向微波功率叠加，在波导和耦合器老练平台内形成驻波，通过控制滑动短路面21可以将驻波的波峰调节至耦合器的位置，达到老练耦合器的目的。
实施例：以外导体1匹配WR1500波导国际标准的648MHz滑动短路器的结构设计
如图1-4所示，一种匹配WR1500波导国际标准，工作频率为648MHz的滑动短路器，所述的滑动短路器包括外导体1、内导体2和电机控制机构3三部分，所述的内导体2安装在外导体1内部与电机控制机构3连接，在电机控制结构的驱动下，内导体2在外导体1内直线滑动；所述的内导体的上下宽边中部都开设有隔离缝隙24，隔离缝隙24内部截面设计成过渡圆弧状，内导体隔离缝隙24单位长和宽，用于隔离缝隙内的微波传输，隔离缝隙24可以有效隔离漏入内导体和外导体之间的微波功率传输。
本实施例中，外导体1匹配WR1500波导国际标准，波导宽边11长a＝391mm，波导窄边12长b＝190.5mm，总长度在1200mm左右，滑动短路面21可移动距离大于半个波导波长λg即可。
λc为截止波长，对于TE10波，λc＝2a＝0.762m
λ0为工作波长，λ0＝c/f＝0.463m
λg为波导波长，
本实施例中，内导体2的整体结构呈四方体状，具体尺寸根据仿真结果选取，宽边22和窄边23比外导体1略小，内导体2和外导体1之间使用聚四氟底座隔离不接触，经过仿真计算，内导体2与外导体1之间电压压差一般在224V以下，设计间隙为2mm即可达到所需功率的耐压要求。
所述的内导体2一端侧面封闭，其中宽边22和窄边23组成内导体2的短路面21，用做微波功率的反射面，内导体2的上下宽边22中部都开设有隔离缝隙24，隔离缝隙24内部截面设计成过渡圆弧25状，隔离缝隙24可以有效隔离漏入内导体2和外导体1之间的微波功率传输。
本实施例中，所述的电机控制机构3采用步进电机34驱动螺纹杆32，实现控制拉伸内导体2的直线滑动，进而控制内导体2短路面21相对外导体1的位置，从而改变驻波波峰形成的位置。
本实施例的仿真实验中，更具体的是滑动短路器电场仿真图中显示，波导内的微波功率经过内导体2短路面21反射，在波导内产生驻波，直观体现了驻波波峰和驻波波谷。
本实施例中，所述的滑动短路器的工作频率为648MHz，脉冲重复频率为25Hz，脉冲宽度小于1.2ms，波导接口为WR1500波导，S11输入反射系数的参数大于-0.05dB。
本实施例中的滑动短路器中设置有内导体2固定拉伸杆的挡板4，其中内导体2的宽边22和窄边23，组成内导体2的短路面21，内导体2隔离缝隙24用于隔离内导体2与外导体1之间的微波传输，隔离缝隙24内部有过渡圆弧25，本实施例中的外导体1和内导体2都做导电氧化处理；工作过程中，步进电机34控制的螺纹杆32联动拉伸控制杆31，带动内导体2实现直线滑动，拉伸控制杆31与螺纹杆32联动联动端两侧分别设置有开关节点33，用于限位控制，停止步进电机34运行。
本实施例中，驻波是指频率相同、传输方向相反的两种波，沿传输线(此处为波导)形成的一种分布状态。其中的一个波一般是另一个波的反射波。在两者电压(或电流)相加的点出现波峰，在两者电压(或电流)相减的点形成波谷。在波形上，波峰和波谷的位置始终是不变的，给人“驻立不动”的印象，但它的瞬时值是随时间而改变的。如果这两种波的幅值相等，则波谷的幅值为零。
本实施例中，S参数全称为Scatter参数，也就是散射参数，S参数描述了传输通道的频域特性，通过S参数，我们能看到传输波导的几乎全部特性，是微波传输中的一个重要参数。S11为输入反射系数，电压反射系数Γ定义为反射电压/入射电压，S11＝201g[Γ]。理想状态下，当滑动短路器完全反射功率时，反射电压与入射电压相等，Γ为1，S11为0。但实际应用上不可能达到完全反射，反射电压要小于入射电压，Γ小于1，S11接近0。
本发明提供了一种能匹配WR1500波导国际标准的滑动短路器，用于反射波导内传输的微波功率，并在波导内产生驻波，通过控制短路面21，调节驻波波峰在波导内的位置，本发明中内导体2的结构形式可实现微波功率反射及短路面21位置的控制，指标性能良好，相对其它类型段路面加工更为简单。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种滑动短路器，其特征在于：所述的滑动短路器包括外导体、内导体和电机控制机构三部分，设计方法如下：
外导体：匹配波导国际标准，波导宽边长为a，波导窄边长为b，滑动短路面可移动距离大于半个波导波长λg即可；
λc为截止波长，对于TE10波，λc＝2a
λ0为工作波长，λ0＝c/f
λg为波导波长，
内导体：内导体整体形状呈四方体状，具体尺寸根据仿真结果选取，其宽边和窄边比外导体略小，且内导体一端侧面封闭，作为微波功率反射短路面，内导体上、下宽边中部都开设有隔离缝隙；
电机控制机构：使用步进电机驱动螺纹杆。
2.一种滑动短路器，其特征在于：所述的滑动短路器的工作频率为648MHz，脉冲重复频率为25Hz，脉冲宽度小于1.2ms，波导接口为WR1500波导，S11输入反射系数的参数大于-0.05dB。
3.根据权利要求1所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的内导体安装在外导体内部与电机控制机构连接，在电机控制结构的驱动下，内导体在外导体内直线滑动。
4.根据权利要求1所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的内导体和外导体之间存在设计间隙，使用聚四氟底座隔离。
5.根据权利要求1或4所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的内导体与外导体之间存在电压压差。
6.根据权利要求1或4所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的设计间隙应达到所需功率的耐压要求。
7.根据权利要求1或3所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的内导体的上下宽边中部都开设有隔离缝隙，隔离缝隙内部截面设计成过渡圆弧状，隔离缝隙可以有效隔离漏入内导体和外导体之间的微波功率传输。
8.根据权利要求1所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的波导内的微波功率经过内导体短路面反射，在波导内产生驻波。
9.根据权利要1或3或8所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的电机控制机构采用步进电机驱动螺纹杆，实现控制拉伸内导体的直线滑动，进而控制内导体短路面相对外导体的位置，从而改变驻波波峰形成的位置。
10.根据权利要9所述的一种滑动短路器，其特征在于：所述的步进电机驱动螺纹杆传动从而带动拉伸控制杆实现内导体移动，螺纹杆传动的前后两个方向上各设一个开关节点，用于限位控制。
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