CN208806345U - 一种高功率回旋振荡管匹配负载结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，包括微波输入口、微波吸收介质、冷却水套筒外筒、进水口、套筒后盖、定位橡胶圈、电机、出水口和冷却水套筒内筒，匹配负载的冷却水套筒内筒外侧设有冷却水槽，并且与冷却水套筒外筒紧密配合，之后在两者的底端通过套筒后盖固定，且通过0型密封圈封装，使冷却水循环通过进水口和出水口，在冷却水槽中循环流动，带走热量，从而对负载进行冷却；本实用新型的回旋振荡管匹配负载结构不需要额外的焊接工序，可以通过螺栓和0型密封圈进行组装，能承受高水压，散热效果明显，可以将输入的高功率微波能量有效地转化成热量并且冷却；结构紧凑，易于安装和维护。

Description

一种高功率回旋振荡管匹配负载结构

技术领域

本实用新型涉及一种微波管匹配负载，特别涉及一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，属于微波电真空器件技术领域。

背景技术

回旋振荡管是一种微波电真空功率器件，它基于回旋脉塞原理，是回旋器件中发展最为成熟的。回旋振荡管的互作用区结构结构简单且作用效率高，能够在毫米和亚毫米波段获得高输出功率的特点。回旋振荡管的应用领域广泛，可以作为微波加热源用于工业烧制和电子回旋谐振加热，也可以用于雷达、成像等应用领域中。兆瓦量级回旋振荡管是可控核聚变实验堆，如ITER的最佳微波功率源，用来加热可控聚变实验堆中的氢核材料。由于聚变实验堆是个核装置，对安全性的要求非常高。因此需要对回旋振荡管的输出功率进行准确的测量和标定，虽然可以通过其他低功率元件，如低功率定向耦合器来实现。然而由于它的耦合系数很低，与其他元件相连接的时候会带来较大的误差。因此能够吸收大功率的负载对回旋振荡管的输出功率进行直接测量是非常有必要的。

回旋振荡管的研究始于20世纪60年代，在国际核聚变能源计划的推动下，经过多年的积累，目前国外已经有商用的兆瓦量级回旋振荡管型号。国内目前还没有长脉冲兆瓦量级回旋振荡管的成功实现，因此也缺乏兆瓦级的匹配负载的真正实现。目前国外兆瓦级的负载结构仍然采用的是上世纪90年代的设计，结构复杂且热量分布不均匀，本专利提供了一种结构简单、可靠性高的匹配负载设计。

实用新型内容

本实用新型提出了一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，解决了现有技术中回旋振荡管机构复杂、可靠性低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，包括微波输入口、微波吸收介质、冷却水套筒外筒、进水口、套筒后盖、定位橡胶圈、电机、出水口和冷却水套筒内筒，匹配负载的所述冷却水套筒内筒外侧设有冷却水槽，并且与所述冷却水套筒外筒紧密配合，之后在两者的底端通过套筒后盖固定，且通过O型密封圈封装，使冷却水循环通过所述进水口和出水口，在所述冷却水槽中循环流动，带走热量，从而对负载进行冷却。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述电机通过支撑伸缩杆带动微波反射器旋转并且沿着径向运动，即与支撑伸缩杆垂直的方向运动，将高功率的微波能量均匀反射到微波吸收介质上，避免了热量集中分布的隐患。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述支撑伸缩杆穿过套筒后盖进入冷却水套筒内筒中，且其与套筒后盖的连接处通过定位橡胶圈密封。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述微波反射器是一个椭球面结构，减少了反射回输入口的微波能量。

作为本实用新型的一种优选技术方案，负载的密封是通过所述O型密封圈实现，无需附加的焊接工艺，安装维护容易。

本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型的回旋振荡管匹配负载结构不需要额外的焊接工序，可以通过螺栓和O型密封圈进行组装，能承受高水压，散热效果明显，可以将输入的高功率微波能量有效地转化成热量并且冷却；结构紧凑，易于安装和维护。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的主观结构示意图；

图2是本实用新型的微波信号在负载内的传输结构示意图；

图3是本实用新型的加装了进出水口的冷却水套筒结构示意图；

图中：1、微波输入口；2、微波吸收介质；3、冷却水槽；4、冷却水套筒外筒；5、出水口；6、支撑伸缩杆；7、微波反射器；8、套筒后盖；9、定位橡胶圈；10、电机；11、进水口；12、冷却水套筒内筒。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，本实用新型提供大功率的微波信号经过冷却水套筒内筒12 右侧顶端的微波输入口1打在微波反射面后经过反射，照射在微波吸收介质2 上，将微波能量转换成热量；由于微波吸收介质2与冷却水套筒内筒12的内壁紧密接触，产生的热量将通过冷却水套筒内筒12的内壁传给冷却水，冷却水由负载的右边进水口5进入，经过冷却水槽3，由负载的左边出水口11流出。

冷却水套筒内筒12为热导系数高的铜加工而成，外壁加工有多个水槽，这样可以增加铜壁与冷却水的接触面积并且提高散热能力。

冷却水套筒外筒4为不锈钢材料，冷却水套筒外筒4侧面分别装有一个进水口5和出水口11，它与冷却水套筒内筒12紧密配合并且通过O型密封圈密封连接。

微波反射面是一个经过抛光的光滑的椭球铜镜面，其截断的长度可按照输入微波的束斑面积而定；微波反射面与轴向成45度角度，它可以将微波信号发射到另外一个方向，而自身不会沉积很多热量；椭球面形状也可以减少微波功率发射回负载入口的可能，达到匹配的效果，如图2所示。

冷却水套筒内筒12左侧尾端的电机10通过支撑伸缩杆6将带动微波反射器7沿着轴向旋转，这样可以防止微波能量一直加热微波反射器7的某个局部位置，让微波能量在整个椭球镜面上均匀分布。

电机10带动微波反射器7在旋转的同时，可以前后运动，这样进入的微波能量经过反射到微波吸收介质2上是均匀分布的，提高了散热能力的同时也避免了热量分布局部集中造成损坏。

例如：以工作在140GHz的的某型号回旋振荡管为例，它的输出为高斯光束，束腰直径为100mm，功率为1.0兆瓦；设计的匹配负载的微波输入口1直径为200mm，负载的长度为1.5m，微波反射器7的长度为200mm，其匹配效果良好，仅有小于0.1％的功率被发射到微波输入口1。匹配负载的结构为图1所示，包括了微波吸收介质2，冷却水套筒，冷却水槽3，进出水口，支撑伸缩杆6以及电机10；微波反射器7与轴向之间呈45度角放置；工作时，电机10带动支撑伸缩杆6旋转的同时以一定的速度沿着轴向长度为1米的距离周期进动，将微波功率均匀加载在微波吸收介质2上；微波能量转换成热能之后，通过高气压的冷却水进行冷却，并将热量给带出负载；负载温度最初会上升，但最终稳定在约80 摄氏度；本设计中的回旋振荡管匹配负载工作稳定，效果明显。

本专利的设计安装简单，易于维护，散热效果好，可以承受高水压，负载接收的微波能量分布均匀，而且得以充分的吸收，不会出现因为局部受热过大导致微波吸收介质损坏的情况；经过计算，使用水作为冷却液，在高气压的情况下，可以将大功率回旋振荡管产生的功率有效地吸收并且冷却下来，本专利的高功率负载可以长期稳定可靠地工作。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，其特征在于，包括微波输入口(1)、微波吸收介质(2)、冷却水套筒外筒(4)、进水口(5)、套筒后盖(8)、定位橡胶圈(9)、电机(10)、出水口(11)和冷却水套筒内筒(12)，匹配负载的所述冷却水套筒内筒(12)外侧设有冷却水槽(3)，并且与所述冷却水套筒外筒(4)紧密配合，之后在两者的底端通过套筒后盖(8)固定，且通过O型密封圈封装，使冷却水循环通过所述进水口(5)和出水口(11)，在所述冷却水槽(3)中循环流动，带走热量，从而对负载进行冷却。

2.根据权利要求1所述的一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，其特征在于，所述电机(10)通过支撑伸缩杆(6)带动微波反射器(7)旋转并且沿着径向运动，即与支撑伸缩杆(6)垂直的方向运动，将高功率的微波能量均匀反射到微波吸收介质(2)上。

3.根据权利要求2所述的一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，其特征在于，所述支撑伸缩杆(6)穿过套筒后盖(8)进入冷却水套筒内筒(12)中，且其与套筒后盖(8)的连接处通过定位橡胶圈(9)密封。

4.根据权利要求2所述的一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，其特征在于，所述微波反射器(7)是一个椭球面结构。

5.根据权利要求1所述的一种高功率回旋振荡管匹配负载结构，其特征在于，负载的密封是通过所述O型密封圈实现。