一种新型高功率水负载制造技术

本发明专利技术涉及一种新型高功率水负载，包括波导辐射喇叭口、底座、内部带有以螺旋型流动水为微波吸收体的螺旋水室，终端短路块和位于螺旋水室外的保护壳体，螺旋水室的前端呈锥体状，后端为圆柱状，波导辐射喇叭口一端与输出辐射波导固定连接，另一端与所述底座连接；底座的另一端与螺旋水室的后端和保护壳体的底部连接，底座与螺旋水室连接的一侧设有嵌入螺旋水室的后端底部的凹槽；螺旋水室的后端与底座连接的一侧为进水口，螺旋水室的前端一侧为出水口；终端短路块的前端呈锥体状，嵌入螺旋水室的前端，终端短路块的后端与保护壳体的顶部相连。该水负载满足高功率毫米波电真空器件的使用要求，同时实现水负载的宽带低反射。

A new type of high power water load

The invention relates to a novel high power water load, including radiation, bell waveguide base, with internal spiral flow water for spiral water chamber microwave absorber, terminal short circuit block and is located in the spiral water outdoor protection shell, the front end of the spiral water chamber forms a cone shape, the rear Cylindrical Waveguide Horn end and radiation the radiation output waveguide is fixedly connected, the other end is connected with the base; the other end of the base and the spiral water chamber of the rear end and the protective shell is connected with the bottom of the groove, the bottom side connected to the base and the spiral water chamber is provided with a spiral embedded water chamber rear end; one side of the water chamber and the rear screw connected to the base for water inlet, front end one side of spiral water chamber water outlet; the front end of the short block forms a cone shape, embedded in the front end of the water chamber at the top end of the spiral, and the protection of housing terminal short circuit block To be connected\u3002 The water load meets the requirements of high power millimeter wave electric vacuum devices, and realizes wide band low reflection of water load.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高功率水负载
本专利技术属于高功率微波、毫米波
，具体来说是一种应用在高功率毫米波系统中的新型宽带高平均功率容量水负载。
技术介绍
近年来随着高功率毫米波技术的发展，高功率、宽频带毫米波电真空器件已经在高分辨率毫米波成像、毫米波对抗和雷达发射机系统等军事、科技领域发挥了重要作用。为确保高功率毫米波器件的工作性能，需要对加工、组装完成的成品进行输出功率测试。但是，高功率毫米波器件测试系统的输出平均功率能够达到数十千瓦甚至上百千瓦级别。因此，为避免强电磁辐射造成电磁环境污染和人体损伤，同时实现高功率毫米波功率测量的功能，测试系统一般采用吸收负载进行毫米波功率吸收和测量。吸收负载按功率容量分类包括小功率负载、中功率负载和高功率负载，按吸收媒质分类包括干负载和水负载。干负载普遍应用在中、小功率微波、毫米波领域，一般采用耐高温、机械强度高的碳化硅、氧化铍等吸波陶瓷作为吸波材料，外部采用风冷或水冷散热结构。因此干负载具有体积小、使用简单等优点。但是吸收陶瓷材料热导率低，影响了干负载整体导热能力，限制了干负载功率容量提升。因此，常见干负载平均功率容量一般在数瓦至百瓦级别，无法满足高功率毫米波电真空器件的使用要求。水负载是一种应用在高功率(千瓦级以上)微波、毫米波领域，能够实现功率测量的吸收负载。它是利用水对微波、毫米波的强吸收特性，将电磁能量转化成水的热能，并通过水负载内的循环冷却水将热能带走。目前，高功率水负载基本结构主要分为两种：吸收式水负载和辐射式水负载(微波工程，作者：王文祥，国防工业出版社)，两种水负载的基本模型，如图1所示，吸收式水负载将水室嵌入矩形波导内部，通过具有低介电常数(通常小于10)的辐射面实现电磁波透射，基本结构分为斜插水管结构、圆锥结构和斜面梯形结构。斜插水管结构水负载具有低反射的特点，但是由于水室与微波接触面积小，散热面积有限，导致功率容量不足，无法实现高功率微波测量吸收；圆锥结构和斜面梯形结构水负载工作频带较宽，但是由于水室放置在波导内部，易出现玻璃碎裂、漏水等现象，安全性较差；如图2所示，辐射式水负载将水室安置在矩形波导端口外侧，通过端口辐射的方式进行电磁能量吸收，结构简单且有效的解决了吸收式负载玻璃易碎、漏水的问题，但是这种辐射式水负载结构工作带宽窄，不能满足宽带微波测量吸收的要求。同时，以上两类传统结构水负载(吸收式水负载和辐射式水负载)都存在水室体积过大的问题。由于水室结构的不合理造成水与微波、毫米波接触面附近的水流速度慢且分布不均匀，当输入功率较大时，水室内壁局部区域易出现水温度过高并气化的现象，造成水室内压力过大进而引起水室材料碎裂。因此，以上两种类型水负载的实际功率容量都较小。为了提高水负载的工作带宽及功率容量，多种设计方法和措施被尝试。北京真空电子技术研究所研制了一种改进型辐射式水负载，此结构解决了传统辐射式水负载工作带宽窄的问题，有效的拓宽了水负载工作频带。但是，由于其水室体积较大，水室内壁附近的水流流速较慢，导致改进型辐射水负载功率容量较小。改进型辐射式水负载结构最大平均功率容量为5kW，无法满足高功率毫米波电真空器件数十千瓦级别高功率使用要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型高功率水负载，该水负载满足高功率毫米波电真空器件(如回旋行波管)的使用要求，同时实现水负载的宽带低反射。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型高功率水负载，包括波导辐射喇叭口、底座、内部带有以螺旋型流动水为微波吸收体的螺旋水室，终端短路块和位于所述螺旋水室外的保护壳体，所述螺旋水室的前端呈锥体状，后端为圆柱状，所述波导辐射喇叭口一端与输出辐射波导固定连接，另一端与所述底座连接；所述底座的另一端与所述螺旋水室的后端和保护壳体的底部连接，所述底座与螺旋水室连接的一侧设有嵌入所述螺旋水室的后端底部的凹槽；所述螺旋水室的后端与所述底座连接的一侧为进水口，所述进水口贯穿所述底座，所述螺旋水室的前端一侧为出水口，所述出水口贯穿所述保护壳体；所述终端短路块的前端呈锥体状，嵌入所述螺旋水室的前端，所述终端短路块的后端与所述保护壳体的顶部相连。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用的波导辐射喇叭口能够实现电真空输出端口的输出辐射波导与水负载结构的无缝连接，保证毫米波的有效传输和水负载的工作安全性。本专利技术采用的底座主要用于固定水负载，保证水负载的安全使用，同时实现波导辐射喇叭口与水室的后端的端口对接。本专利技术采用内部带有螺旋型流动水作为微波吸收体的螺旋水室，一方面，能够有效提升水负载内的水流流速，解决了水负载内水压损耗过高的问题，进一步的提升水负载的功率容量；另一方面，水室的前端呈锥体状能够有效提高水负载的吸波面积，减少水负载端口电磁反射，实现宽带低反射的设计目标。本专利技术采用的终端短路块的前端呈锥体状，插入所述螺旋水室的前端，能够减少水负载电磁反射，提高其工作稳定性。本专利技术采用的保护壳体能够有效减少水负载对外电磁辐射，提高水负载应用安全性。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述螺旋水室的高度与后端底部半径比为10～15。采用上述进一步方案的有益效果是：减少水负载内的电磁反射，避免因反射造成微波器件的工作不稳定性。进一步，所述终端短路块高度为所述螺旋水室高度的1/3～1/5。采用上述进一步方案的有益效果是：有效避免保护外壳顶部对电磁波的反射作用，减少水负载内的电磁反射。进一步，所述保护壳体的材质为金属，且所述保护壳体呈梯形结构。采用上述进一步方案的有益效果是：避免高功率电磁波对外产生辐射，提高水负载的使用安全性。进一步，所述螺旋水室采用介电常数小于5的材料。采用上述进一步方案的有益效果是：降低水室材料对电磁波的反射作用，提高水负载对电磁波的吸收效率。进一步，所述螺旋水室由聚四氟乙烯材料加工的水通道按照锥体结构模型盘绕，粘结，定型而成。采用上述进一步方案的有益效果是：解决了水室体积过大导致的功率容量低的问题，提高了水负载的功率容量；同时此结构加工简单，成本低。附图说明图1为吸收式水负载结构图；图2为辐射式水负载结构图；图3为本专利技术新型水负载轴向结构图；图4为本专利技术新型水负载剖面结构图；图5为本专利技术新型水负载的反射参数曲线图。图中，1-波导辐射喇叭口；2-底座；3-进水口；4-保护壳体；5-出水口；6-终端短路块；7-螺旋水室。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图3、图4所示，本专利技术提供了一种新型高功率水负载，包括波导辐射喇叭口1、底座2、内部带有螺旋型流动水作为微波吸收体的螺旋水室7，终端短路块6和位于所述螺旋水室7外的保护壳体4，所述螺旋水室7的前端呈锥体状，后端为圆柱状，所述波导辐射喇叭口1一端与输出辐射波导固定连接，另一端与所述底座2连接；所述底座2的另一端与所述螺旋水室7的后端和保护壳体4的底部连接，所述底座2与螺旋水室7连接的一侧设有嵌入所述螺旋水室7的后端底部的凹槽；所述螺旋水室7的后端与所述底座2连接的一侧为进水口3，所述进水口3贯穿所述底座2，所述螺旋水室7的前端一侧为出水口5，所述出水口5贯穿所述保护壳体4；所述终端短路块6的前端呈锥体状，嵌入所述螺旋水室7的前端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高功率水负载，其特征在于，包括波导辐射喇叭口、底座、内部带有以螺旋型流动水为微波吸收体的螺旋水室，终端短路块和位于所述螺旋水室外的保护壳体，所述螺旋水室的前端呈锥体状，后端为圆柱状，所述波导辐射喇叭口一端与输出辐射波导固定连接，另一端与所述底座连接；所述底座的另一端与所述螺旋水室的后端和保护壳体的底部连接，所述底座与螺旋水室连接的一侧设有嵌入所述螺旋水室的后端底部的凹槽；所述螺旋水室的后端与所述底座连接的一侧为进水口，所述进水口贯穿所述底座，所述螺旋水室的前端一侧为出水口，所述出水口贯穿所述保护壳体；所述终端短路块的前端呈锥体状，嵌入所述螺旋水室的前端，所述终端短路块的后端与所述保护壳体的顶部相连。

【技术特征摘要】
1.一种新型高功率水负载，其特征在于，包括波导辐射喇叭口、底座、内部带有以螺旋型流动水为微波吸收体的螺旋水室，终端短路块和位于所述螺旋水室外的保护壳体，所述螺旋水室的前端呈锥体状，后端为圆柱状，所述波导辐射喇叭口一端与输出辐射波导固定连接，另一端与所述底座连接；所述底座的另一端与所述螺旋水室的后端和保护壳体的底部连接，所述底座与螺旋水室连接的一侧设有嵌入所述螺旋水室的后端底部的凹槽；所述螺旋水室的后端与所述底座连接的一侧为进水口，所述进水口贯穿所述底座，所述螺旋水室的前端一侧为出水口，所述出水口贯穿所述保护壳体；所述终端短路块的前端呈锥体状，嵌入所述螺旋水室的前端，所述终...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，李洋，王兆栋，孙淼，彭延会，宗帅，罗勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51