[發明專利]一種高功率毫米波雙錐體水負載

有效

• 申請號: 201710467947.7
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107317077B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 徐勇;李洋;宋思穎;彭延會;王兆棟;孫淼;宗帥;羅勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P1/26
• 分類號: H01P1/26
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明公開了一種新型高功率毫米波雙錐體水負載，屬于微波功率吸收、測量技術領域。該水負載包括一端與回旋行波管輸出輻射波導連接的圓波導、以及圓波導另一端連接的雙錐體水負載，雙錐體水負載由底部為圓形、頂部為圓錐形的內外兩層殼體組成并形成中空水室，外層圓錐形殼體頂部設置有出水口、圓形底部處設置有進水口。本發明能夠有效減少水負載內部電磁反射，實現寬帶低反射的設計目標；同時，雙錐體結構縮小了水負載體積，提高了水室內壁水流流速，解決了水室局部過熱的問題。因此，本發明能夠有效提升水負載工作性能。

技術領域

本發明屬于微波功率吸收、測量技術領域，具體涉及一種應用在高功率毫米波系統中的寬帶高功率容量水負載。

背景技術

近年來隨著毫米波技術的突破性進展，毫米波電真空器件在高分辨率毫米波成像、毫米波對抗和微波通信系統等領域具有重要的應用前景。高功率毫米波系統的輸出功率能夠達到數千瓦甚至數十千瓦級別，為避免強電磁輻射造成電磁環境污染和人體損傷，同時實現高功率微波檢測，實驗室一般使用吸收負載進行電磁能量吸收。吸收負載按吸收功率量級分類包括小功率負載、中功率負載和高功率負載，按吸收媒質分類包括干負載和水負載。

干負載普遍應用在中、小功率微波、毫米波領域，一般采用耐高溫、機械強度高的碳化硅、氧化鈹等吸波陶瓷作為吸波材料，外部采用風冷散熱結構。因此干負載具有體積小、使用簡單等優點。但是吸收陶瓷材料熱導率低，影響了干負載整體導熱能力，限制了干負載功率容量提升。因此，常見干負載功率容量一般在數瓦至百瓦級別，無法滿足高功率毫米波電真空器件的使用要求。

水負載是一種應用在高功率(千瓦級以上)微波、毫米波領域，能夠實現微波功率測量的吸收負載。它是利用水對微波、毫米波的強吸收特性，將電磁能量轉化成水的熱能，并通過水負載內的循環冷卻水將熱能帶走。目前，高功率水負載基本結構主要分為兩種：吸收式水負載和輻射式水負載，如圖1所示。吸收式水負載基本結構分為斜插水管結構(a)、圓錐結構(b)和斜面梯形結構(c)。斜插水管結構水負載具有低反射的特點，但是由于水室與微波接觸面積小，散熱面積有限，導致功率容量不足，無法實現高功率微波測量吸收。圓錐結構和斜面梯形結構水負載工作頻帶較寬，但是由于水室放置在波導內部，易出現玻璃碎裂、漏水等現象，安全性較差。輻射式水負載(d)通過端口輻射的方式進行電磁能量吸收，結構簡單且有效的解決了吸收式負載玻璃易碎、漏水的問題，但是這種輻射式水負載結構工作帶寬窄，不能滿足寬帶微波測量吸收的要求。為了提高水負載的工作帶寬及功率容量，多種設計方法和措施被嘗試，如圖(e)所示的改進型輻射式水負載，此結構解決了傳統輻射式水負載工作帶寬窄的問題，有效的拓寬了水負載工作頻帶，但是，以上(b)、(c)、(d)、(e)四種水負載都存在水室體積過大，水室內壁的水流速度慢的問題，當輸入功率較大時，水室內壁附近的水易出現氣化現象，造成水室內壓力過大進而引起玻璃炸裂。因此，以上四種結構水負載的功率容量都較小，無法滿足高功率毫米波電真空器件數十千瓦級別高功率使用要求。

發明內容

為了進一步提高水負載的功率容量，使其滿足高功率毫米波電真空器件的使用要求，同時實現水負載寬帶低反射的工作指標，本發明提出一種高功率毫米波雙錐體水負載。

本發明具體采用如下方案：

一種高功率毫米波雙錐體水負載，包括一端與回旋行波管輸出輻射波導固定連接的圓波導、以及圓波導另一端連接的雙錐體水負載，且圓波導內徑與回旋行波管輸出輻射波導內徑一致。其特征在于：所述雙錐體水負載由底部為圓形、頂部為圓錐形的內外兩層殼體組成并形成中空水室；所述外層圓錐形殼體頂部設置有出水口、圓形底部處設置有進水口。

進一步地，所述兩層圓錐形殼體采用的材料其介電常數小于5；可以是石英玻璃、聚四氟乙烯等材料。

本發明采用雙錐體水負載結構，一方面，能夠減少水負載內部電磁反射，實現寬帶低反射的設計目標；另一方面，雙錐體結構縮小了水負載體積，提高了水室內壁水流流速，解決了水室局部過熱的問題。因此，雙錐體結構能夠有效提升水負載工作性能。