CN219833088U - 一种射频弯头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频弯头，包括外导体、内导体和绝缘支撑片，内导体包括第一内导体、第二内导体和第三内导体，第一内导体的一端为弯头端口处，第一内导体的另一端与第二内导体的一端相连，第二内导体的另一端与第三内导体的一端相连，第三内导体的另一端为另一个弯头端口处；绝缘支撑片的材质为氧化铝，绝缘支撑片中间部分设有通孔，通孔的周围设有多个扇环状的通孔；绝缘支撑片嵌在外导体内，内导体嵌在绝缘支撑片中间的通孔内；与现有技术相比，本实用新型利用石墨烯材质代替普通的金属漆，作为外导体外表面散热漆的原材料，还利用高纯度的氧化铝作为绝缘支撑片的材料替代聚四氟乙烯，并且还改变了绝缘支撑片的结构。

Description

一种射频弯头

技术领域

本实用新型是一种射频弯头。

背景技术

射频同轴弯头是一种重要的、常见的射频无源器件，它可以实现射频同轴传输线某个角度的转弯。最常见的射频同轴弯头是直角弯头，即90°弯头。除此之外，根据系统使用的需要，弯头的角度还包括45°、60°、120°、135°等。射频同轴弯头被广泛应用在各类射频微波系统中。

射频无源同轴器件的功率容量指标一般分为峰值功率容量和平均功率容量两种。峰值功率容量指标考察的是同轴器件的耐压性能，器件工作的峰值功率如果超过峰值功率容量，有可能会造成同轴器件内外导体之间的打火放电和击穿。平均功率容量指标考察的是同轴器件的散热性能，器件工作的平均功率如果超过平均功率容量，器件局部或整体的温度会超过限定的温度水平。

目前常用的射频无源同轴器件均是空气介质填充，即同轴器件内外导体之间填充的就是干燥空气。干燥空气是良好的绝缘体，在1个标准大气压下，干燥空气的理论击穿电压是3×10E6V/m，这有利于同轴器件获得较高的峰值功率容量。但与此同时，干燥空气又是热传导的不良导体。同轴器件的内导体置于外导体之中，除了绝缘支撑片之外，同轴器件内导体仅通过干燥空气与外导体实现热接触。在工作状态下，同轴器件的内导体是发热的主要部件，内导体的温升要明显高于外导体的温升，内导体产生的热量要通过各种路径传导并消散掉，才能保证器件的正常工作。

目前，市面上常见的射频同轴弯头，其外导体外表面一般喷涂清漆或普通的金属漆。这些清漆和金属漆可以起到防氧化的功能，保证弯头外导体长时间使用后不会被氧化，但这些漆并不会对外导体的散热产生明显的提升作用。例如，对于EIA31/8规格的同轴硬馈管，在环境温度40℃、内导体温升60℃的条件下，在162.5MHz的工作频率下，普通漆面的同轴硬馈管的平均功率容量大约是41kW。此时，外导体外表面的最高温度为65℃左右，普通的金属漆和清漆作为散热漆的效果不足以满足当下的需求。

同时跟其他同轴器件一样，射频同轴弯头是同轴线结构，包含同轴内导体和同轴外导体，TEM模电磁波在同轴外导体和内导体之间传播。同轴外导体和内导体相互之间必须良好绝缘，需要使用绝缘件将同轴内导体支撑起来，置于同轴外导体之中。射频同轴器件中使用的最常用的绝缘支撑材料是聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯具有良好的物理性能、化学性能和电磁性能，因为其具有较低的介电常数、较低的损耗角正切、较好的物理和化学稳定性，被广泛应用在各种微波器件中。

但是，聚四氟乙烯材料的耐辐射性能较差，受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。研究数据显示，1000Gy的辐射会对聚四氟乙烯材料造成严重损坏。因此，聚四氟乙烯材料不适合应用在强辐射环境的微波系统中。

目前，在各类工业和医疗加速器系统中，用高功率射频功率源对粒子进行加速是一种常用的粒子加速方式。各类粒子在加速或者转弯过程中会发射出很强的X射线或γ射线，虽然此类射频系统会设计各种防辐射措施，但让然对系统中各类器件的防辐射性能提出了更高的要求。

传统采用聚四氟乙烯作为主线内导体和耦合端口内导体绝缘支撑的射频同轴弯头不适合应用在此类强辐射的工作环境中。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种射频弯头。

一种射频弯头，包括主体，主体包括外导体、内导体和绝缘支撑片，所述的内导体与外导体同轴心放置，所述的内导体通过绝缘支撑片设置在外导体内部；

所述的外导体和内导体均设有预定角度的折弯，所述的内导体包括第一内导体、第二内导体和第三内导体，所述第一内导体的一端为弯头端口处，第一内导体的另一端与第二内导体的一端相连，所述第二内导体的另一端与第三内导体的一端相连，所述第三内导体的另一端为另一个弯头端口处；

所述的绝缘支撑片的材质为氧化铝，所述的绝缘支撑片中间部分设有通孔，所述的通孔的周围设有多个扇环状的通孔；所述的绝缘支撑片嵌在外导体内，所述的内导体嵌在绝缘支撑片中间的通孔内。

本实用新型的工作原理：传统采用聚四氟乙烯作为主线内导体和耦合端口内导体绝缘支撑的射频同轴弯头不适合应用在强辐射的工作环境中，而高纯度氧化铝(纯度不小于95％)也是一种性能优越的绝缘材料；

高纯度氧化铝除了具备高强度、高耐磨性、低损耗角正切、低膨胀系数、耐腐蚀、不吸水等优秀性能之外，氧化铝的耐辐射性能也非常优秀。研究数据表明，氧化铝材料即使吸收10^8Gy的辐射，其性能也不会发生明显的变化，氧化铝材料的抗辐射性能优于聚四氟乙烯材料10万倍；

因此本实用新型采用高纯度氧化铝替代聚四氟乙烯作为外导体和内导体之间的绝缘支撑，更适合强辐射的工作环境；

但由于氧化铝的介电常数较高，大约为9.5～10左右，明显高于聚四氟乙烯的介电常数2.2左右，因此用氧化铝设计制作射频微波器件中的绝缘支撑部件，需要更加精细的电磁优化和结构设计。

为了保证导体的效果，所述外导体的材质为纯紫铜材质。

为了改善外导体的散热性能，所述外导体的外表面喷涂有石墨烯散热漆。

为了使外导体外表面的石墨烯散热漆的漆面附着力达到5B级别，所述石墨烯散热漆的喷涂方式包括以下步骤：

将石墨烯散热漆稀释并肩拌均匀；

用喷漆枪将是石墨烯散热漆喷涂在外导体的外表面；

将外导体放入恒温箱，使石墨烯散热漆固化。

为了加速石墨烯散热漆固化，提升其漆面附着力，所述的恒温箱的温度为120℃，放在恒温箱内固化的时间为两小时。

为了保证内导体与外导体同轴，同时确保内导体不会发生转动，所述绝缘支撑片包括第一绝缘支撑片和第二绝缘支撑片，所述的第一绝缘支撑片位于第一内导体和第二内导体的交界处，所述的第二绝缘支撑片位于第二内导体和第三内导体的交界处。

为了保证第一内导体、第二内导体和第三内导体之间连接稳固，所述第一内导体和第二内导体之间通过螺栓连接，所述的第二内导体和第三内导体之间通过螺栓连接。

有益效果：

与现有技术相比，本实用新型利用石墨烯材质代替普通的金属漆，作为外导体外表面散热漆的原材料，还利用高纯度的氧化铝作为绝缘支撑片的材料替代聚四氟乙烯，并且还改变了绝缘支撑片的结构。

市面上常见的射频同轴弯头，其外导体外表面一般喷涂清漆或普通的金属漆。这些清漆和金属漆可以起到防氧化的功能，保证弯头外导体长时间使用后不会被氧化，但这些漆并不会对外导体的散热产生明显的提升作用。例如，对于EIA31/8规格的同轴硬馈管，在环境温度40℃、内导体温升60℃的条件下，在162.5MHz的工作频率下，普通漆面的同轴硬馈管的平均功率容量大约是41kW。此时，外导体外表面的最高温度为65℃左右。

石墨烯(Graphene)是一种碳原子以sp2杂化连接紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨等碳材料的基本构成单元。与其他碳材料相比，石墨烯具有完美的大π共轭体系和最薄的单层原子厚度的结构，这使得石墨烯在光学、电学、热学、力学上表现出优异和独特的性质，包括高导电性(电子迁移率高达2×105cm2/(V·s))、高强度(杨氏模量达1TPa)、高热导率(5300W/(m·K))、极高的表面积(2630m2/g)、优异的热稳定性、强疏水性等特性，使其在功能涂层材料领域具有良好的应用前景。

石墨烯由于具有极高的导热系数和较强的辐射率，导热系数可达5300W/m·K，辐射系数在0.95以上，因此，以石墨烯为原料制备的石墨烯散热涂料涂刷在基材表面后能大幅提升基材表面的热辐射系数(达0.9以上)，大大提升物体表面的热交换效率。同时，石墨烯散热涂层可以以红外辐射的形式快速带走基材表面的热量，提高热交换效果，降低物体表面及内部温度。石墨烯散热涂料除了具有优异的辐射散热性能之外，还具有优异的附着力、良好的耐候性和耐盐雾性、极好的耐温性、丰富的使用场景等特点，可广泛应用于大功率LED散热器、CPU散热器、工业设备散热、汽车零部件散热等领域。在射频同轴弯头外表面喷涂石墨烯散热漆，可以有效改善弯头外导体的散热性能，降低弯头外导体在工作中的温升，进而降低弯头内导体的温升，从而提升弯头的平均功率容量指标。

通过计算机仿真验证，对于EIA31/8规格的同轴硬馈管，同样在环境温度40℃，在162.5MHz的工作频率下，喷涂了石墨烯散热漆的同轴硬馈管，其内导体最高温度从100℃降为89℃，外导体最高温度从65℃降为55℃左右。如果仍然以内导体温升60℃作为额定功率的温度条件，喷涂了石墨烯散热漆的EIA31/8规格的同轴硬馈管，在162.5MHz的额定平均功率可达48kW左右，相比普通漆面硬馈的额定平均功率41kW，上涨了17％左右；

外导体外表面喷涂了石墨烯散热漆，可以有效改善弯头外导体的散热性能，降低弯头外导体在工作中的温升，进而降低弯头内导体的温升，从而提升弯头的平均功率容量指标。

射频同轴器件中使用的最常用的绝缘支撑材料是聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯具有良好的物理性能、化学性能和电磁性能，因为其具有较低的介电常数、较低的损耗角正切、较好的物理和化学稳定性，被广泛应用在各种微波器件中。

但是，聚四氟乙烯材料的耐辐射性能较差，受高能辐射后引起降解，高分子的电性能和力学性能均明显下降。研究数据显示，1000Gy的辐射会对聚四氟乙烯材料造成严重损坏。因此，聚四氟乙烯材料不适合应用在强辐射环境的微波系统中。

而高纯度氧化铝除了具备高强度、高耐磨性、低损耗角正切、低膨胀系数、耐腐蚀、不吸水等优秀性能之外，氧化铝的耐辐射性能也非常优秀。研究数据表明，氧化铝材料即使吸收10^8Gy的辐射，其性能也不会发生明显的变化，氧化铝材料的抗辐射性能优于聚四氟乙烯材料10万倍。

本实用新型所述的射频同轴弯头，其内导体和外导体之间加装了两个高纯度氧化铝陶瓷支撑片，既保证了内导体与外导体同轴，又可以保证内导体不会发生转动。由于氧化铝陶瓷支撑片不能像聚四氟乙烯支撑片一样任意切割，氧化铝陶瓷支撑片只能整体装配，因此弯头内导体采用了3段的结构，每段之间用螺丝进行连接。

同时氧化铝的介电常数一般在9.5～10左右，根据氧化铝的纯度、其他成分构成不同，介电常数会稍有不同。相比聚四氟乙烯材料2.2～2.3的介电常数，氧化铝的介电常数更高，因此在使用氧化铝作为材料设计同轴内外导体绝缘支撑片时，氧化铝陶瓷支撑片的形状与聚四氟乙烯片明显不同；

本实用新型所述的射频直角同轴弯头采用高纯度氧化铝作为绝缘材料，设计并加工弯头内导体和耦合端口内导体所需的绝缘支撑片。本实用新型所述的射频直角同轴弯头除具备其他弯头的优秀射频指标之外(如反射损耗、插入损耗等)，还具备了出色的抗辐射性能，可应用于强辐射环境中的射频微波系统中。同时，由于高纯度氧化铝的熔点(2054℃)远远高于聚四氟乙烯材料的熔点(327℃)，氧化铝陶瓷支撑的使用可以进一步提高射频同轴弯头的平均功率容量指标。

附图说明

图1是一种射频弯头的示意图；

图2是一种射频弯头剖视图；

图3是绝缘支撑片的示意图；

图中，1、外导体，2、第一内导体，3、第一绝缘支撑片，4、第二内导体，5、第二绝缘支撑片，6、第三内导体。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1-3所示，外导体1，第一内导体2，第一绝缘支撑片3，第二内导体4，第二绝缘支撑片5，第三内导体6。

一种射频弯头，包括外导体1、内导体和绝缘支撑片，所述的内导体与外导体1同轴心放置，所述的内导体通过绝缘支撑片设置在外导体1内部；

所述的外导体1和内导体均设有预定角度的折弯，所述的内导体包括第一内导体2、第二内导体4和第三内导体6，所述第一内导体2的一端为弯头端口处，第一内导体2的另一端与第二内导体4的一端相连，所述第二内导体4的另一端与第三内导体6的一端相连，所述第三内导体6的另一端为另一个弯头端口处；

所述的绝缘支撑片的材质为氧化铝，所述的绝缘支撑片中间部分设有通孔，所述的通孔的周围设有多个扇环状的通孔；所述的绝缘支撑片嵌在外导体1内，所述的内导体嵌在绝缘支撑片中间的通孔内。

于本实施例中，所述外导体1的材质为纯紫铜材质。

于本实施例中，所述外导体1的外表面喷涂有石墨烯散热漆。

于本实施例中，所述石墨烯散热漆的喷涂方式包括以下步骤：

将石墨烯散热漆稀释并肩拌均匀；

用喷漆枪将是石墨烯散热漆喷涂在外导体1的外表面；

将外导体1放入恒温箱，使石墨烯散热漆固化。

于本实施例中，所述的恒温箱的温度为120℃，放在恒温箱内固化的时间为两小时。

于本实施例中，所述绝缘支撑片包括第一绝缘支撑片3和第二绝缘支撑片5，所述的第一绝缘支撑片3位于第一内导体2和第二内导体4的交界处，所述的第二绝缘支撑片5位于第二内导体4和第三内导体6的交界处。

于本实施例中，所述第一内导体2和第二内导体4之间通过螺栓连接，所述的第二内导体4和第三内导体6之间通过螺栓连接。

使用方法：将绝缘支撑片卡套在内导体上，再把绝缘支撑片和内导体的组合件嵌在外导体内。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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)

1.一种射频弯头，包括主体，其特征在于，主体包括外导体、内导体和绝缘支撑片，所述的内导体与外导体同轴心放置，所述的内导体通过绝缘支撑片设置在外导体内部；

所述的外导体和内导体均设有预定角度的折弯，所述的内导体包括第一内导体、第二内导体和第三内导体，所述第一内导体的一端为弯头端口处，第一内导体的另一端与第二内导体的一端相连，所述第二内导体的另一端与第三内导体的一端相连，所述第三内导体的另一端为另一个弯头端口处；

所述的绝缘支撑片的材质为高纯度氧化铝，所述的绝缘支撑片中间部分设有通孔，所述的通孔的周围设有多个扇环状的通孔；所述的绝缘支撑片嵌在外导体内，所述的内导体嵌在绝缘支撑片中间的通孔内。

2.根据权利要求1所述的一种射频弯头，其特征在于，所述外导体的材质为纯紫铜材质。

3.根据权利要求1所述的一种射频弯头，其特征在于，所述外导体的外表面喷涂有石墨烯散热漆。

4.根据权利要求1所述的一种射频弯头，其特征在于，所述绝缘支撑片包括第一绝缘支撑片和第二绝缘支撑片，所述的第一绝缘支撑片位于第一内导体和第二内导体的交界处，所述的第二绝缘支撑片位于第二内导体和第三内导体的交界处。

5.根据权利要求1所述的一种射频弯头，其特征在于，所述第一内导体和第二内导体之间通过螺栓连接，所述的第二内导体和第三内导体之间通过螺栓连接。