DE212022000083U1

DE212022000083U1 - A high power ferrite load

Info

Publication number: DE212022000083U1
Application number: DE212022000083.8U
Authority: DE
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS; Spallation Neutron Source Science Center
Current assignee: INSTITUTE OF HIGH ENERGY PHYSICS CHINESE ACADE, CN; SPALLATION NEUTRON SOURCE SCIENCE CENTER, DONG, CN
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2032-04-28

Abstract

Eine Hochleistungs-Ferritlast, einschließlich eines Anpassungsabschnitts (1), dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des erwähnten Anpassungsabschnitts (1) ein gerader Wellenleiterabschnitt I (2) angeordnet ist und dass auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts I (2), die sich vom Anpassungsabschnitt entfernt befindet, ein gerader Wellenleiterabschnitt II (3) angeordnet ist, und dass sich auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts II (3), die sich vom geraden Wellenleiterabschnitt I (2) entfernt befindet, ein keilförmiger Wellenleiterabschnitt (4) angeordnet ist, und wobei im Anpassungsabschnitt (1) mehrere Anpassungblöcke (7) eingesetzt sind.

A high-power ferrite load including a matching section (1), characterized in that a straight waveguide section I (2) is arranged on a side of said matching section (1) and that on the side of the straight waveguide section I (2) extending from matching section, a straight waveguide section II (3) is arranged, and that a wedge-shaped waveguide section (4) is arranged on the side of the straight waveguide section II (3) remote from the straight waveguide section I (2), and a plurality of matching blocks (7) being inserted in the matching section (1).

Description

Dieser Antrag musste am 01. Dezember 2021 beim chinesischen Patentamt eingereicht werden, wobei die Antragsnummer 202111456376.X lautete und wobei die Priorität der chinesischen Patentanmeldung mit dem Titel „Eine Hochleistungs-Ferritlast“ durch Verweis in dieser Anmeldung in ihrer Gesamtheit eingebunden wird.This application had to be filed with the China Patent Office on December 01, 2021, the application number was 202111456376.X, and the priority of the Chinese patent application entitled "A High-Power Ferrite Load" is incorporated by reference into this application in its entirety.

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Mikrowellenleistungsquellen, insbesondere auf eine Hochleistungs-Ferritlast.The invention relates to the technical field of microwave power sources, in particular to a high-power ferrite load.

Stand der TechnikState of the art

Hochleistungs-Anpassungslasten werden hauptsächlich verwendet, um Mikrowellenenergie zu absorbieren. Geräte wie Zirkulatoren und magische Ts benötigen Hochleistungs-Absorptionslasten, um reflektierte Energie von Übertragungssystemen und Beschleunigern zu absorbieren und dadurch Mikrowellenquellen zu schützen. Die Ferritlast verwendet Ferrit als wellenabsorbierendes Material. Das wellenabsorbierende Ferritmaterial wird nach dem Prinzip hergestellt, dass Ferrit unter Einwirkung eines hochfrequenten elektromagnetischen Felds einen großen elektromagnetischen Verlust erzeugt. Um den Zweck der nicht reflektierenden Absorption zu erfüllen, ist es erforderlich, dass das absorbierende Material einen großen elektromagnetischen Verlust im verwendeten Frequenzbereich aufweist, und es ist erforderlich, eine Impedanzanpassung bei der Übertragung elektromagnetischer Wellen zu erreichen. Für die Ferritlast vom Wellenleitertyp absorbiert das Ferritsubstrat nahe dem Eingangsende den größten Teil der Leistung des Systems, und die Erwärmungsrate ist schneller als die des Ferritsubstrats am hinteren Ende. Die Wärmeleitfähigkeit von Ferrit ist jedoch gering, nach dem Absorbieren von Hochfrequenzleistung kann eine thermische Abscheidung leicht zu Problemen wie Ausgasen und Brechen des Ferrits führen. Derzeit werden Ferritlasten mit geringer Leistung von wenigen Kilowatt erforscht und entwickelt. Die vorliegende Erfindung nutzt ein segmentiertes Design, das die Leistungsverteilung jedes Segments optimiert und die Dicke des Ferritsubstrats fortschreitend erhöht, um zu vermeiden, dass Wärme hauptsächlich auf dem Ferritsubstrat am Eingangsende abgelagert wird, wodurch also die thermische Abscheidung des Ferrits am vorderen Ende reduziert wird und es möglich wird, eine Ferritlast mit mehreren hundert Kilowatt zu entwerfen.High power matching loads are primarily used to absorb microwave energy. Devices such as circulators and magic Ts require high power absorption loads to absorb reflected energy from transmission systems and accelerators, thereby protecting microwave sources. The ferrite load uses ferrite as the wave absorbing material. The ferrite wave-absorbing material is made on the principle that ferrite generates large electromagnetic loss when exposed to high-frequency electromagnetic field. In order to achieve the purpose of non-reflective absorption, the absorbing material is required to have a large electromagnetic loss in the frequency range used, and it is required to achieve impedance matching in electromagnetic wave transmission. For the waveguide type ferrite load, the ferrite substrate near the input end absorbs most of the power of the system, and the heating rate is faster than that of the ferrite substrate at the rear end. However, the thermal conductivity of ferrite is low, after absorbing high-frequency power, thermal deposition can easily cause problems such as outgassing and cracking of the ferrite. Ferrite loads with low power of a few kilowatts are currently being researched and developed. The present invention uses a segmented design that optimizes the power distribution of each segment and progressively increases the thickness of the ferrite substrate to avoid heat being deposited mainly on the ferrite substrate at the input end, thus reducing the thermal deposition of the ferrite at the front end and it becomes possible to design a ferrite load of several hundred kilowatts.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Die vorliegende Erfindung löst die technischen Probleme, dass beim derzeitigen Stand der Technik die Wärmeleitfähigkeit von Ferrit gering ist und dass nach dem Absorbieren von Hochfrequenzleistung die thermische Abscheidung leicht zu einem Ausgasen und Brechen von Ferrit führt, und stellt eine Hochleistungs-Ferritlast zur Verfügung. Die Hochleistungs-Ferritlast hat die Eigenschaften, das Bruchproblem zu verringern, das durch die thermische Abscheidung des Ferrits am vorderen Ende verursacht wird, sowie die Laststabilität zu verbessern.The present invention solves the technical problems that, in the current state of the art, the thermal conductivity of ferrite is low and that after absorbing high-frequency power, thermal deposition easily leads to outgassing and cracking of ferrite, and provides a high-power ferrite load. The high-power ferrite load has the characteristics of reducing the cracking problem caused by the thermal deposition of the ferrite at the front end, as well as improving load stability.

Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung bereit: eine Hochleistungs-Ferritlast, die einen Anpassungsabschnitt enthält, wobei auf einer Seite des erwähnten Anpassungsabschnitts ein gerader Wellenleiterabschnitt I angeordnet ist und wobei auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts I, die sich vom Anpassungsabschnitt entfernt befindet, ein gerader Wellenleiterabschnitt II angeordnet ist, und wobei wiederum auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts II, die sich vom geraden Wellenleiterabschnitt I entfernt befindet, ein keilförmiger Wellenleiterabschnitt angeordnet ist, und wobei im Anpassungsabschnitt mehrere Anpassungblöcke eingesetzt sind.In order to achieve the above object, the present invention provides the following technical solution: a high-power ferrite load including a matching section, wherein a straight waveguide section I is arranged on a side of the mentioned matching section, and wherein on the side of the straight waveguide section I, a straight waveguide section II is arranged remote from the matching section, and in turn, a wedge-shaped waveguide section is arranged on the side of the straight waveguide section II remote from the straight waveguide section I, and a plurality of matching blocks are inserted in the matching section.

Vorzugsweise sind in dem geraden Wellenleiterabschnitt I, dem geraden Wellenleiterabschnitt II und dem keilförmigen Wellenleiterabschnitt mehrere Ferritsubstrate angeordnet.A plurality of ferrite substrates are preferably arranged in the straight waveguide section I, the straight waveguide section II and the wedge-shaped waveguide section.

Vorzugsweise ist die Dicke der Ferritsubstrate im geraden Wellenleiterabschnitt II größer als die Dicke der Ferritsubstrate im geraden Wellenleiterabschnitt I und die Dicke der Ferritsubstrate im keilförmigen Wellenleiterabschnitt ist größer als die der Ferritsubstrate im geraden Wellenleiterabschnitt II.Preferably, the thickness of the ferrite substrates in the straight waveguide section II is greater than the thickness of the ferrite substrates in the straight waveguide section I, and the thickness of the ferrite substrates in the wedge-shaped waveguide section is greater than that of the ferrite substrates in the straight waveguide section II.

Vorzugsweise sind der Anpassungsabschnitt, der gerade Wellenleiterabschnitt I, der gerade Wellenleiterabschnitt II und der keilförmige Wellenleiterabschnitt alle auf einer Wasserkühlplatte befestigt.Preferably, the matching section, the straight waveguide section I, the straight waveguide section II and the wedge-shaped waveguide section are all mounted on a water cooling plate.

Vorzugsweise sind die Ferritsubstrate gleichmäßig in dem geraden Wellenleiterabschnitt I, dem geraden Wellenleiterabschnitt II und dem keilförmigen Wellenleiterabschnitt verteilt.Preferably, the ferrite substrates are evenly distributed in the straight waveguide section I, the straight waveguide section II and the wedge-shaped waveguide section.

Vorzugsweise gibt es einen Spalt zwischen benachbarten Ferritsubstraten.Preferably there is a gap between adjacent ferrite substrates.

Verglichen mit der herkömmlichen Technik zeigt die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:

(1) Die Ferritlast besteht hauptsächlich aus einem Anpassungsabschnitt, geraden Wellenleiterabschnitten und einem keilförmigen Wellenleiterabschnitt, die Ferritsubstrate sind gleichmäßig im Inneren des Lastwellenleiters verteilt, mit Lücken zwischen den Blöcken. Am Lastende des Wellenleiters sind die Wellenleiter miteinander kurzgeschlossen, um eine effektive Vermeidung von Druckbrüchen aufgrund von Hitzespannungen zu gewährleisten.
(2) Vom Lasteingang bis zum hinteren Ende werden bei der Verteilung der Ferritsubstrate die dünnen Ferritsubstrate vorne platziert, und vom Eingang bis zum hinteren Ende wird die Dicke der Ferritsubstrate allmählich erhöht, um die Differenz der absorbierenden Leistungsdichte der Ferritsubstrate zu verringern und somit auch die thermische Abscheidung des Ferrits am vorderen Ende zu verringern und gleichzeitig die Dämpfung der Ferritsubstrate in der Nähe des Lastendes zu erhöhen.
(3) Mit Hilfe der Klebetechnologie werden die Ferritsubstrate mit wärmeleitendem Klebstoff auf eine wassergekühlte Edelstahlplatte geklebt. Die wassergekühlte Platte weist eine dreischichtige Struktur aus Edelstahl-Kupfer-Edelstahl auf, die die Wärmeableitung effektiv verbessern kann und sich im Einsatz bewährt hat.

Compared with the conventional technology, the present invention shows the following advantages:

(1) The ferrite load is mainly composed of a matching section, straight waveguide sections and a wedge-shaped waveguide section, the ferrite substrates are evenly distributed inside the load waveguide, with gaps between the blocks. At the load end of the waveguide, the waveguides are shorted together to ensure effective avoidance of thermal stress cracking.
(2) From the load input to the rear end, in the distribution of the ferrite substrates, the thin ferrite substrates are placed in front, and from the input to the rear end, the thickness of the ferrite substrates is gradually increased to reduce the difference in the absorbing power density of the ferrite substrates, and thus the to reduce thermal segregation of the ferrite at the front end while increasing the attenuation of the ferrite substrates near the load end.
(3) Using adhesive technology, the ferrite substrates are bonded to a water-cooled stainless steel plate with thermally conductive adhesive. The water-cooled plate adopts a three-layer structure of stainless steel-copper-stainless steel, which can effectively improve heat dissipation and has a proven track record in use.

Figurenlistecharacter list

1 Figure 12 is a schematic diagram of the load microwave structure of the present invention;
2 is the relational formula between the temperature ΔT of the ferrite substrate of the present invention and its area S, thickness d, absorbed power P and thermal conductivity k;
3 is the maximum temperature table of ferrite substrates with different thicknesses in the present invention;
4 Figure 12 is a table of power loss caused by ferrite substrates of different thicknesses according to the present invention;
5 Fig. 12 is a power distribution relationship diagram of the present invention;
6 Fig. 12 is a graph showing the relationship between the standing wave ratio (VSWR) and the frequency band of the load in the whole bandwidth of the waveguide according to the present invention.

BezugszeichenlisteReference List

11: Anpassungsabschnitt,customization section,
22: gerader Wellenleiterabschnitt I ,straight waveguide section I,
33: gerader Wellenleiterabschnitt II,straight waveguide section II,
44: Keilförmiger Wellenleiter,wedge shaped waveguide,
55: Ferritsubstrat,ferrite substrate,
66: Wasserkühlplattewater cooling plate
77: Anpassungsblock.adjustment block.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments

Im Folgenden wird basierend auf den beigefügten Zeichnungen die technische Lösung in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben. Offensichtlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur einige der möglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, und nicht die einzigen Ausführungsbeispiele. Basierend auf den Ausführungsbeispielen in der vorliegenden Erfindung sind alle anderen Ausführungsbeispiele, die von Durchschnittsfachleuten unter der Prämisse geschaffen wurden, dass keine original kreative Arbeit geleistet wurde, Teil der Schutzansprüche.In the following, the technical solution in the embodiments of the present invention will be described clearly and fully based on the accompanying drawings. Obviously, the embodiments described are only some of the possible embodiments of the present invention, and not the only embodiments. Based on the embodiments in the present invention, all other embodiments created by those skilled in the art on the premise that no original creative work was done are part of the claims.

Ausführungsbeispiel 1: Siehe 1-6. Die vorliegende Erfindung bietet folgende technische Lösung: eine Hochleistungs-Ferritlast, einschließlich eines Anpassungsabschnitts 1, wobei sich im Anpassungsabschnitt 1 mehrere Anpassungsblöcke 7 befinden, wobei auf einer Seite des erwähnten Anpassungsabschnitts 1 ein gerader Wellenleiterabschnitt I 2 angeordnet ist und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts I 2, die sich vom Anpassungsabschnitt 1 entfernt befindet, ein gerader Wellenleiterabschnitt II 3 angeordnet ist, und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts II 3, die sich vom geraden Wellenleiterabschnitt I 2 entfernt befindet, ein keilförmiger Wellenleiterabschnitt 4 angeordnet ist, wobei die Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, die sich näher an dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 befindet, länger ist als die andere Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, wobei sich im Wellenleiterabschnitt I 2, im Wellenleiterabschnitt II 3 und im keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 mehrere Ferritsubstrate 5 befinden, wobei die Größe der Ferritsubstrate 5 15 mm × 15 mm × 1 mm beträgt, woraus sich die maximalen Temperatur- und Leistungsdämpfungsdaten der Ferritsubstrate 5 folgern, wobei die Ferritsubstrate 5 gleichmäßig im geraden Wellenleiterabschnitt I 2, dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 und dem keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 verteilt sind, wobei es zwischen benachbarten Ferritsubstraten 5 jeweils eine Lücke von 1 mm gibt, was die Konzentration der thermischen Spannung wirksam verhindert, die ein Zusammendrücken und Zerbrechen verursachen kann, wobei der Anpassungsabschnitt 1, der gerade Wellenleiterabschnitt I 2, der gerade Wellenleiterabschnitt II 3 und der keilförmige Wellenleiterabschnitt 4 alle auf einer Wasserkühlplatte 6 durch Klebstoff befestigt sind, wobei die Wasserkühlplatte 6 eine dreischichtige Struktur aus Edelstahl-Kupfer-Edelstahl aufweist, um eine effiziente Wärmeableitung zu erreichen und einen Wärmestau zu reduzieren.Embodiment 1: See 1-6 . The present invention provides the following technical solution: a high-power ferrite load, including a matching section 1, in which there are several matching blocks 7 in the matching section 1, with a straight waveguide section I 2 being arranged on one side of the mentioned matching section 1 and on the side of the straight waveguide section I 2, which is remote from the matching section 1, a straight waveguide section II 3 is arranged, and on the side of the straight waveguide section II 3, which is remote from the straight waveguide section I 2, a wedge-shaped waveguide section 4 is arranged, the side of the wedge-shaped waveguide section 4, which is closer to the straight waveguide section II 3, is longer than the other side of the wedge-shaped waveguide section 4, wherein a plurality of ferrite substrates 5 are located in the waveguide section I 2, in the waveguide section II 3 and in the wedge-shaped waveguide section 4, the size of the ferrite substrates 5 is 15 mm × 15 mm × 1 mm, from which the maximum temperature and power attenuation data of the ferrite substrates 5 are concluded, the ferrite substrates 5 being evenly distributed in the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped waveguide section 4, where there is a gap of 1 mm each between adjacent ferrite substrates 5, which effectively prevents the concentration of thermal stress, which can cause compression and cracking, where the matching section 1, the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped waveguide section 4 are all fixed on a water cooling plate 6 by adhesive, the water cooling plate 6 has a stainless steel-copper-stainless steel three-layer structure to achieve efficient heat dissipation and reduce heat build-up.

Ausführungsbeispiel 2: Siehe 1-6. Die vorliegende Erfindung bietet folgende technische Lösung: eine Hochleistungs-Ferritlast, einschließlich eines Anpassungsabschnitts 1, wobei sich im Anpassungsabschnitt 1 mehrere Anpassungsblöcke 7 befinden, wobei auf einer Seite des erwähnten Anpassungsabschnitts 1 ein gerader Wellenleiterabschnitt I 2 angeordnet ist und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts I 2, die sich vom Anpassungsabschnitt 1 entfernt befindet, ein gerader Wellenleiterabschnitt II 3 angeordnet ist, und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts II 3, die sich vom geraden Wellenleiterabschnitt I 2 entfernt befindet, ein keilförmiger Wellenleiterabschnitt 4 angeordnet ist, wobei die Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, die sich näher an dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 befindet, länger ist als die andere Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, wobei sich im Wellenleiterabschnitt I 2, im Wellenleiterabschnitt II 3 und im keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 mehrere Ferritsubstrate 5 befinden, wobei die Größe der Ferritsubstrate 5 15 mm × 15 mm × 1.3 mm beträgt, woraus sich die maximalen Temperatur- und Leistungsdämpfungsdaten der Ferritsubstrate 5 folgern, wobei die Ferritsubstrate 5 gleichmäßig im geraden Wellenleiterabschnitt I 2, dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 und dem keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 verteilt sind, wobei es zwischen benachbarten Ferritsubstraten 5 jeweils eine Lücke von 1 mm gibt, was die Konzentration der thermischen Spannung wirksam verhindert, die ein Zusammendrücken und Zerbrechen verursachen kann, wobei der Anpassungsabschnitt 1, der gerade Wellenleiterabschnitt I 2, der gerade Wellenleiterabschnitt II 3 und der keilförmige Wellenleiterabschnitt 4 alle auf der Wasserkühlplatte 6 durch Klebstoff befestigt sind, wobei die Wasserkühlplatte 6 eine dreischichtige Struktur aus Edelstahl-Kupfer-Edelstahl aufweist, um eine effiziente Wärmeableitung zu erreichen und einen Wärmestau zu reduzieren.Embodiment 2: See 1-6 . The present invention provides the following technical solution: a high-power ferrite load, including a matching section 1, in which there are several matching blocks 7 in the matching section 1, with a straight waveguide section I 2 being arranged on one side of the mentioned matching section 1 and on the side of the straight waveguide section I 2, which is remote from the matching section 1, a straight waveguide section II 3 is arranged, and on the side of the straight waveguide section II 3, which is remote from the straight waveguide section I 2, a wedge-shaped waveguide section 4 is arranged, the side of the wedge-shaped waveguide section 4, which is closer to the straight waveguide section II 3, is longer than the other side of the wedge-shaped waveguide section 4, wherein a plurality of ferrite substrates 5 are located in the waveguide section I 2, in the waveguide section II 3 and in the wedge-shaped waveguide section 4, the size of the ferrite substrates 5 is 15 mm × 15 mm × 1.3 mm, from which the maximum temperature and power attenuation data of the ferrite substrates 5 are concluded, the ferrite substrates 5 being evenly distributed in the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped waveguide section 4, where there is a gap of 1 mm each between adjacent ferrite substrates 5, which effectively prevents the concentration of thermal stress, which can cause compression and cracking, where the matching section 1, the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped Waveguide section 4 are all fixed on the water cooling plate 6 by adhesive, the water cooling plate 6 has a stainless steel-copper-stainless steel three-layer structure to achieve efficient heat dissipation and reduce heat build-up.

Ausführungsbeispiel 3: Siehe 1-6. Die vorliegende Erfindung bietet folgende technische Lösung: eine Hochleistungs-Ferritlast, einschließlich eines Anpassungsabschnitts 1, wobei sich im Anpassungsabschnitt 1 mehrere Anpassungsblöcke 7 befinden, wobei auf einer Seite des erwähnten Anpassungsabschnitts 1 ein gerader Wellenleiterabschnitt I 2 angeordnet ist und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts I 2, die sich vom Anpassungsabschnitt 1 entfernt befindet, ein gerader Wellenleiterabschnitt II 3 angeordnet ist, und auf der Seite des geraden Wellenleiterabschnitts II 3, die sich vom geraden Wellenleiterabschnitt I 2 entfernt befindet, ein keilförmiger Wellenleiterabschnitt 4 angeordnet ist, wobei die Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, die sich näher an dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 befindet, länger ist als die andere Seite des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4, wobei sich im Wellenleiterabschnitt I 2, im Wellenleiterabschnitt II 3 und im keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 mehrere Ferritsubstrate 5 befinden, wobei die Größe der Ferritsubstrate 5 15 mm × 15 mm × 1.6 mm beträgt, woraus sich die maximalen Temperatur- und Leistungsdämpfungsdaten der Ferritsubstrate 5 folgern, wobei die Ferritsubstrate 5 gleichmäßig im geraden Wellenleiterabschnitt I 2, dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 und dem keilförmigen Wellenleiterabschnitt 4 verteilt sind, wobei es zwischen benachbarten Ferritsubstraten 5 jeweils eine Lücke von 1 mm gibt, was die Konzentration der thermischen Spannung wirksam verhindert, die ein Zusammendrücken und Zerbrechen verursachen kann, wobei der Anpassungsabschnitt 1, der gerade Wellenleiterabschnitt I 2, der gerade Wellenleiterabschnitt II 3 und der keilförmige Wellenleiterabschnitt 4 alle auf der Wasserkühlplatte 6 durch Klebstoff befestigt sind, wobei die Wasserkühlplatte 6 eine dreischichtige Struktur aus Edelstahl-Kupfer-Edelstahl aufweist, um eine effiziente Wärmeableitung zu erreichen und einen Wärmestau zu reduzieren.Embodiment 3: See 1-6. The present invention provides the following technical solution: a high-power ferrite load, including a matching section 1, in which there are several matching blocks 7 in the matching section 1, with a straight waveguide section I 2 being arranged on one side of the mentioned matching section 1 and on the side of the straight waveguide section I 2, which is remote from the matching section 1, a straight waveguide section II 3 is arranged, and on the side of the straight waveguide section II 3, which is remote from the straight waveguide section I 2, a wedge-shaped waveguide section 4 is arranged, the side of the wedge-shaped waveguide section 4, which is closer to the straight waveguide section II 3, is longer than the other side of the wedge-shaped waveguide section 4, wherein a plurality of ferrite substrates 5 are located in the waveguide section I 2, in the waveguide section II 3 and in the wedge-shaped waveguide section 4, the size of the ferrite substrates 5 is 15 mm × 15 mm × 1.6 mm, from which the maximum temperature and power attenuation data of the ferrite substrates 5 are concluded, the ferrite substrates 5 being evenly distributed in the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped waveguide section 4, where there is a gap of 1 mm each between adjacent ferrite substrates 5, which effectively prevents the concentration of thermal stress, which can cause compression and cracking, where the matching section 1, the straight waveguide section I 2, the straight waveguide section II 3 and the wedge-shaped Waveguide section 4 are all fixed on the water cooling plate 6 by adhesive, the water cooling plate 6 has a stainless steel-copper-stainless steel three-layer structure to achieve efficient heat dissipation and reduce heat build-up.

Nach den Ergebnissen der obigen Hochfrequenz- und thermischen Simulation ist ersichtlich, dass je dünner das Ferritsubstrat 5 im Wellenleiter ist, desto besser der thermische Leitfähigkeitseffekt ist, wobei die Absorbtionsleistung der Ferritsubstrate 5 pro Flächeneinheit gering ist. Aufgrund der Direktivität des Leistungsflusses des Wellenleiter-Ferritsubstrats 5, ist die Absorptionsleistung und die Wärmefluxdichte bei gleicher Dicke des Ferritsubstrats 5 am Wellenleitereingang höher. Um das Problem zu vermeiden, dass sich die Wärme hauptsächlich am Ferritsubstrat 5 des Eingangsbereichs ansammelt und um die thermische Abscheidung des vorderen Ferritsubstrats 5 zu reduzieren, wird bei der Anordnung der Ferritsubstrate 5 das dünne Ferritsubstrat 5 vorne angeordnet, vom Eingang bis zum Endbereich wird die Dicke der Ferritsubstrate 5 allmählich erhöht, wodurch die Differenz der Leistungsdichte verringert wird, die von den Ferritsubstraten 5 absorbiert wird, und wodurch auch die thermische Abscheidung des vorderen Ferritsubstrats 5 verringert wird. Gleichzeitig nimmt die Dämpfung des Ferritsubstrats 5 in der Nähe des Endbereichs der Last zu.According to the results of the above high-frequency and thermal simulation, it can be seen that the thinner the ferrite substrate 5 in the waveguide, the better the thermal conductivity effect, and the absorption performance of the ferrite substrates 5 per unit area is low. Due to the directivity of the power flow of the waveguide ferrite substrate 5, the absorption power and the heat flux density are higher for the same thickness of the ferrite substrate 5 at the waveguide input. In order to avoid the problem that the heat accumulates mainly on the ferrite substrate 5 of the lead-in portion and to reduce the thermal deposition of the front ferrite substrate 5, when arranging the ferrite substrates 5, the thin ferrite substrate 5 is placed in front, from the lead-in to the tail portion, the The thickness of the ferrite substrates 5 is gradually increased, thereby reducing the difference in power density absorbed by the ferrite substrates 5, and also reducing the thermal deposition of the front ferrite substrate 5. At the same time, the attenuation of the ferrite substrate 5 increases near the end portion of the load.

Arbeitsprinzip: Als Beispiel für die Lastauslegung eines Hochleistungs-Ferritsubstrat-Wellenleiters mit einer Spitzenleistung von 3MW und einer durchschnittlichen Leistung von 150 kW im P-Band wurde eine Leistungsverteilungsbeziehung wie in 4 gezeigt entwickelt. Aufgrund der konzentrierten elektrischen Felder am Ende des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4 besteht ein hohes Risiko von Funkentladungen. Daher weist der Leistungspegel des geraden Wellenleiterabschnitts I 2 eine Dämpfung von 4,7 dB auf, wobei eine durchschnittliche Leistung von 100 kW absorbiert wird; der gerade Wellenleiterabschnitt II 3 weist eine Dämpfung von 6,2 dB auf und die durchschnittliche absorbierte Leistung beträgt 38 kW; der keilförmige Wellenleiterabschnitt 4 weist eine Dämpfung von 9 dB auf und die durchschnittliche absorbierte Leistung beträgt 18 kW; durch die CST-Simulationsberechnung beträgt bei Spitzenleistung von 3 MW die maximale elektrische Feldstärke 2,46 e+05 V/m, das ist um einen Faktor niedriger als die Durchschlagsfeldstärke von Luft 3e6V/m, was das Risiko der Funkenbildung reduziert. Um die Differenz in der absorbierten Leistungsdichte des Ferritsubstrats 5 zu minimieren und somit die thermische Ablagerung am vorderen Ende des Ferrit-Substrats 5 zu reduzieren, werden dünne Ferritsubstrate 5 vorne platziert und die Dicke der Ferritsubstrate 5 wird vom Eingang bis zum Endabschnitt allmählich erhöht. Dies erhöht auch die Dämpfung des Ferritsubstrats 5 in der Nähe des Lastendabschnitts. Um die Komplexität und die Kosten der Bearbeitung des Ferritsubstrats 5 zu reduzieren, wird das Wellenleiter-Ferritsubstrat 5 vom Lasteingang bis zum Endabschnitt in drei Typen unterteilt, im geraden Wellenleiterabschnitt I 2 und dem geraden Wellenleiterabschnitt II 3 hat das Ferritsubstrat 5 eine Dicke von 1 mm bzw. 1.3 mm, während die Dicke des Ferritsubstrats 5 des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 5 1.6 mm beträgt. Die Materialeigenschaften der Ferritsubstrate 5 in diesen drei Abschnitten bleiben gleich, die Dielektrizitätskonstante von Ferrit ist 12, der magnetische Verlust ist 16,2, und wenn die Umgebungstemperatur 25°C beträgt, ist die maximale Temperatur des geraden Wellenleiterabschnitts I 2 64,3°C, die maximale Temperatur des geraden Wellenleiterabschnitts II 3 69,8°C, und die maximale Temperatur des keilförmigen Wellenleiterabschnitts 4 63,5°C, was alles unter der Langzeitgebrauchstemperatur von 150°C für den Klebstoff liegt.Working principle: As an example of the load design of a high power ferrite substrate waveguide with a peak power of 3MW and an average power of 150 kW in P-band, a power distribution relation as in 4 shown developed. Due to the concentrated electric fields at the end of the wedge-shaped waveguide section 4, there is a high risk from spark discharges. Therefore, the power level of the straight waveguide section I 2 has an attenuation of 4.7 dB, absorbing an average power of 100 kW; the straight waveguide section II 3 has an attenuation of 6.2 dB and the average absorbed power is 38 kW; the wedge-shaped waveguide section 4 has an attenuation of 9 dB and the average absorbed power is 18 kW; through the CST simulation calculation, at the peak power of 3 MW, the maximum electric field strength is 2.46e+05 V/m, which is a factor lower than the breakdown field strength of air 3e6V/m, which reduces the risk of sparking. In order to minimize the difference in the absorbed power density of the ferrite substrate 5 and thus reduce thermal deposition at the front end of the ferrite substrate 5, thin ferrite substrates 5 are placed in front and the thickness of the ferrite substrates 5 is gradually increased from the entrance to the end portion. This also increases the loss of the ferrite substrate 5 near the load end portion. In order to reduce the complexity and cost of processing the ferrite substrate 5, the waveguide ferrite substrate 5 is divided into three types from the load input to the end section, in the straight waveguide section I 2 and the straight waveguide section II 3, the ferrite substrate 5 has a thickness of 1mm and 1.3 mm, respectively, while the thickness of the ferrite substrate 5 of the wedge-shaped waveguide section 5 is 1.6 mm. The material properties of the ferrite substrates 5 in these three sections remain the same, the dielectric constant of ferrite is 12, the magnetic loss is 16.2, and when the ambient temperature is 25°C, the maximum temperature of the straight waveguide section I 2 is 64.3°C , the maximum temperature of the straight waveguide section II 3 is 69.8°C, and the maximum temperature of the wedge-shaped waveguide section 4 is 63.5°C, all of which are below the long-term service temperature of 150°C for the adhesive.

Durch die Anwendung dieser Methode ohne den Einsatz des Anpassungsabschnitts 1, ist das Stehwellenverhältnis (VSWR) der Last über die gesamte Bandbreite des Wellenleiters kleiner als 1,1 im Frequenzbereich von 490 MHz bis 750 MHz, was eine extrem breite Bandbreitennutzung ermöglicht. Bei einer Frequenz von 549MHz beträgt der VSWR-Wert weniger 1,01. Wenn an anderen Frequenzpunkten ein niedrigerer VSWR-Wert benötigt wird, muss lediglich der Anpassungsabschnitt 1 der Last mit dem Lastanschluss entsprechend angepasst werden.By applying this method without using the matching section 1, the VSWR of the load is less than 1.1 over the entire bandwidth of the waveguide in the frequency range of 490MHz to 750MHz, enabling extremely wide bandwidth usage. At a frequency of 549MHz, the VSWR value is less than 1.01. If a lower VSWR value is required at other frequency points, it is only necessary to adjust the matching section 1 of the load with the load connection accordingly.

Durch dieses Verfahren hat die entworfene Ferritlast eine große Leistungskapazität, eine große Bandbreite und eine gute Stehwellenleistung. Durch die segmentierte Bauweise und die schrittweise Erhöhung der Dicke der Ferritsubstrate 5 wird die von den Ferritsubstraten 5 absorbierte Differenz der Leistungsdichte reduziert und bis zu einem gewissen Grad kann das Problem der hauptsächlich eingangsseitig auf dem Ferritsubstrat 5 abgelagerten Wärme vermieden werden, wodurch die Bruchbildung am Ferritblech des vorderen Endes aufgrund thermischer Abscheidung verringert wird, die Systemstabilität verbessert und die Leistungskapazität der Last erhöht wird.Through this process, the designed ferrite load has large power capacity, wide bandwidth, and good standing wave performance. With the segmented structure and the gradual increase in the thickness of the ferrite substrates 5, the difference in power density absorbed by the ferrite substrates 5 is reduced, and the problem of heat deposited mainly on the input side of the ferrite substrate 5 can be avoided to a certain extent, thereby preventing the cracking of the ferrite sheet of the front end due to thermal deposition is reduced, system stability is improved, and power capacity of the load is increased.

Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für Fachleute in diesem Bereich verständlich, dass diese Ausführungsbeispiele in vielerlei Hinsicht verändert, modifiziert, ersetzt und umgestaltet werden können, ohne dabei vom Prinzip und Geist der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert.Although exemplary embodiments of the present invention have been shown and described, it will be understood by those skilled in the art that these exemplary embodiments may be varied, modified, substituted and rearranged in many respects without departing from the principle and spirit of the invention. The scope of the invention is defined by the appended claims and their equivalents.

Claims

A high-power ferrite load including a matching section (1), characterized in that a straight waveguide section I (2) is arranged on one side of said matching section (1) and that on the side of the straight waveguide section I (2) extending from matching section, a straight waveguide section II (3) is arranged, and that a wedge-shaped waveguide section (4) is arranged on the side of the straight waveguide section II (3) remote from the straight waveguide section I (2), and a plurality of matching blocks (7) being inserted in the matching section (1).

A high power ferrite load after claim 1 , characterized in that several ferrite substrates (5) are arranged in the straight waveguide section I (2), the straight waveguide section II (3) and the wedge-shaped waveguide section (4).

A high power ferrite load after claim 1 , characterized in that the thickness of the ferrite substrates (5) in the straight waveguide section II (3) is greater than the thickness of the ferrite substrates (5) in the straight waveguide section I (2) and the thickness of the ferrite substrates (5) in the wedge-shaped waveguide section (4) is larger than that of the ferrite substrate (5) in the straight waveguide section II (3).

A high power ferrite load after claim 1 , characterized in that the matching section (1), the straight waveguide section I (2), the straight waveguide section II (3) and the wedge-shaped waveguide section (4) are all fixed on a water-cooling plate (6).

A high power ferrite load after claim 2 or 3 , characterized in that the ferrite substrates (5) are evenly distributed in the straight waveguide section I (2), in the straight waveguide section II (3) and in the wedge-shaped waveguide section (4).

A high power ferrite load after claim 5 , characterized in that there are gaps between adjacent ferrite substrates (5).