[發明專利]一種大功率一體化螺旋波天線

在審

• 申請號: 202111421818.7
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114188695A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 范威;方吉漢;林榕;魯海峰;李光熙;譚暢;韓先偉
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: H01Q1/02
• 分類號: H01Q1/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明涉及一種大功率一體化螺旋波天線，以解決目前螺旋波天線在進行大功率傳輸時冷卻效果差且天線的整體結構尺寸增大的技術問題。該螺旋波天線包括電極，電極內部開設液體通道，靠近電極兩端設置有兩個液體通道端口和兩個電端口，兩個液體通道端口用于使冷卻液進出液體通道；兩個電端口用于與外部電路電連接。本發明提供的螺旋波天線電極內部具有中空的液體通道，以便于通入冷卻液，與現有方式相比，冷卻液與天線的接觸更充分，熱交換效果更好，同時在天線內部設置液體通道，不會對天線的整體尺寸造成影響，使螺旋波天線整體結構更為緊湊，增加了整體連接強度，提高了放電室內部氣體工質射頻功率吸收效率。

技術領域

本發明涉及一種螺旋波天線，具體涉及一種大功率一體化螺旋波天線。

背景技術

從目前衛星平臺、空間站和大型航天器平臺動力技術發展歷程和未來趨勢推測，大功率、高比沖、大推力和長壽命的電推進技術已成為航天領域研究的重點，它是實現未來深空探測和大型平臺長期在軌任務最有效的技術途徑，對空間推進技術水平的提升和空間技術發展具有極其重要的意義。

大推力磁等離子體發動機采用螺旋波電離產生高密度等離子體，螺旋波等離子體源作為磁等離子體發動機的第一級，其核心任務是高效率產生高密度等離子體，其中發射天線是將射頻功率源的電能轉化為高頻電磁場能量對放電室內的工質進行電離。發射天線一般采用導電率、導熱性較好的純銅材質，隨著射頻功率的增加，天線會逐漸發熱，為了保證發動機工作的穩定性，天線阻值必須保證相對穩定，這就需要發射天線具有可靠的冷卻結構。

目前，如圖1所示，螺旋波天線一般將中空的銅管盤旋在天線01的表面點焊固定，向銅管02的冷卻水入口03內通入冷卻水，從而帶走工作時天線額外產生的熱量，保證天線的阻值穩定。但是，這種設計有一定的局限性，首先，隨著射頻傳輸功率達到五千瓦以上甚至幾十千瓦級，通過水冷銅管帶走天線的表面熱量有限，且因為銅管與天線的點焊結構導致換熱效果不夠理想；其次，銅管盤旋在天線的外表面勢必會導致天線的外包絡尺寸增加，這就減小了天線與真空室壁面之間的絕緣距離，導致發動機的可靠性下降。

發明內容

本發明目的在于解決目前螺旋波天線在進行大功率傳輸時冷卻效果差且天線的整體結構尺寸增大的技術問題，提出一種大功率一體化螺旋波天線。

本發明提供的技術方案為：

一種大功率一體化螺旋波天線，其特殊之處在于：

包括電極，所述電極內部開設液體通道，靠近電極兩端設置有兩個液體通道端口和兩個電端口，所述兩個液體通道端口用于使冷卻液進出液體通道；所述兩個電端口用于與外部電路電連接。

進一步地，所述電極包括電極環和螺旋子電極；

所述螺旋子電極包括第一螺旋子電極和第二螺旋子電極；所述電極環包括第一電極環和第二電極環；

所述第一螺旋子電極被隔斷為第一亞電極和第二亞電極；第一亞電極與第一電極環電連接，第二亞電極與第二電極環電連接；

所述第二螺旋子電極的一端與第一電極環電連接，另一端與第二電極環電連接；

所述兩個電端口為第一電端口和第二電端口；第一電端口設置在所述第一亞電極遠離所述第一電極環一端，第二電端口設置在所述第二亞電極遠離第二電極環一端。

進一步地，所述兩個液體通道端口為第一液體通道端口和第二液體通道端口；第一液體通道端口設置在所述第一亞電極遠離所述第一電極環一端，第二液體通道端口設置在所述第二亞電極遠離第二電極環一端。

進一步地，所述第一電極環和第二電極環均為連續環。

進一步地，所述電極環和螺旋子電極通過3D打印一體成型，采用的材料均為銅。

進一步地，所述電極包括電極環、螺旋子電極和導線段；