一种基于波导的低损耗电能传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于波导的低损耗电能传输方法，涉及微波传输线领域。实现基于波导的低损耗电能传输方法的具体步骤包括步骤一：分析矩形波导TE10波单模传输的传输特性；步骤二：对选定波导求取传输功率，并分析损耗来源；步骤三：测算波导传输的损耗系数及波导传输线实现大容量电能传输的效率，并与传统传输线和同轴线做比较。本发明专利技术在保证了波导的传输模式为TE10波单模传输的情况下，通过系统终端和适当的仿真计算可测算出波导传输电磁波的功率及其损耗，并对比传统电能传输线，实现了波导对电能的低损耗传输。

A low loss power consumption transmission method based on waveguide

The invention discloses a low loss power consumption transmission method based on a waveguide, and relates to the field of microwave transmission lines. The concrete steps of realizing the low-loss power transmission method based on waveguide include the following steps: analyzing the transmission characteristics of TE10 wave single-mode transmission in rectangular waveguide; the second step: calculating the transmission power of selected waveguide and analyzing the source of loss; the third step: calculating the loss coefficient of waveguide transmission and the waveguide transmission line to realize large-capacity power transmission. The efficiency is compared with traditional transmission lines and coaxial lines. Under the condition that the transmission mode of the waveguide is TE10 wave single mode transmission, the power and loss of the electromagnetic wave transmitted by the waveguide can be measured and calculated through the system terminal and appropriate simulation calculation, and the low loss transmission of the waveguide to the power can be realized by comparing the traditional power transmission line.

【技术实现步骤摘要】
一种基于波导的低损耗电能传输方法
本专利技术涉及微波传输线领域，尤其涉及波导中的低损耗电能传输方法。
技术介绍
波导传输电磁波广泛应用于微波传输领域，在通信、雷达和微波检测系统中都有涉猎。波导传输线相比于传统的传输线具有传输高效迅速、传输功率大，结构简单等优点；矩形波导有很多种传输模式，其中TE10波模式下，波导内部场结构简单、稳定，频率宽和损耗小等特点，所以工程上几乎毫无例外的工作在TE10模式。目前，实际应用的领域中对于波导传输信号的研究颇多，但对于波导在大容量电能传输方面关注较少，为了传输高频段的电磁波，防止电磁波的辐射，减少绝缘介质损耗，利用波导高效传输电能是非常有必要的。本专利技术的目的是为了解决上述问题，进而提供一种基于波导的低损耗电能传输方法。
技术实现思路
本专利技术的技术方案：一种基于波导的低损耗电能传输方法，涉及微波传输线领域，尤其涉及波导中的低损耗电能传输，其特征在于：所述的基于波导的低损耗电能传输方法的具体步骤包括步骤一：分析矩形波导TE10波单模传输的传输特性；步骤二：对选定波导求取传输功率，并分析损耗来源；步骤三：测算波导传输的损耗系数及波导传输线实现低损耗电能传输的效率，并与传统传输线和同轴线做比较，分析波导作为低损耗电能传输方法的可能性。作为优选，所述的基于波导的低损耗电能传输方法通过一波导传输系统实现，该波导传输系统包括激励源、波导传输线、探针—微带过渡结构以及系统终端。作为优选，所述的波导传输系统中所应用的传输线为矩形波导传输线，其截面长为a，宽为b，能够实现单模传输，传输模式为TE10波，该模式下的电磁波传播特性满足两个条件：（1）a≥2b；（2）波导传输频率大于截止频率。作为优选，所述的波导传输线上安装了一个接地桥，保证整个传输系统接地环境良好以及完善波导传输内部电磁场的屏蔽效果。作为优选，所述的探针—微带过渡装置，其探针介质为玻璃，探针基板用于固定探针使方便探针在波导腔内灵活移动，减少了系统由于高频冲击带来的波导腔内电磁场环境的变化，微带结构将探针探测到的电磁场信号耦合到微带上，通过同轴线传输到系统终端的同时保证了波导传输系统的气密性。作为优选，所述的系统终端可测量波导传输的传输功率、损耗系数及工作频率，确保波导的传输模式为TE10波。本专利技术的有益效果为：通过测算波导传输线的传输功率与损耗系数，并与传统的电缆和同轴线的传输效率作比较，提供了一种基于波导的低损耗电能传输方法，实现了对高频电磁波的低损耗电能传输。附图说明图1为波导传输线的结构图。图2为矩形波导传输线电磁场分布图。图3为本专利技术的系统结构示意图。图4为探针—微带过渡结构的示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于波导的低损耗电能传输方法，涉及微波传输线领域，尤其涉及波导中的低损耗电能传输，其特征在于：所述的基于波导的低损耗电能传输方法的具体步骤包括步骤一：分析矩形波导TE10波单模传输的传输特性；步骤二：对选定波导求取传输功率，并分析损耗来源；步骤三：测算波导传输的损耗系数及波导传输线实现低损耗电能传输的效率，并与传统传输线和同轴线做比较，分析波导作为低损耗电能传输方法的可能性；所述的矩形波导传输线，其截面长为a，宽为b，能够实现单模传输，传输模式为TE10波，该模式下的电磁波传播特性满足两个条件：（1）a≥2b；（2）波导传输频率大于截止频率；电磁波在波导中是通过波导壁表面电磁场量的变化来传输的，波导腔内并无实际输送电流，根据TE10波单模传输的传输特性，波导内场量满足：式中，Hx、Hy、Hz分别为x、y、z方向的磁场分布，Ex、Ey、Ez分别x、y、z方向上电场分布，Hm由激励源强度决定，为已知值，a为波导截面的内壁长度，β为相位常数。具体实施方案二：结合图1至图3说明本实施方式，所述的波导传输线上安装了一个接地桥，保证整个传输系统接地环境良好以及完善波导传输内部电磁场的屏蔽效果；所述的探针—微带过渡装置，其探针介质为玻璃，探针基板用于固定探针使方便探针在波导腔内灵活移动，减少了系统由于高频冲击带来的波导腔内电磁场环境的变化，微带结构将探针探测到的电磁场信号耦合到微带上，通过同轴线传输到系统终端的同时保证了波导传输系统的气密性；所述的系统终端可测量波导传输的传输功率、损耗系数及工作频率，确保波导的传输模式为TE10波。系统终端为测量系统中波导传输的传输功率、损耗及工作频率的技术方案包括以下步骤：步骤一：首先系统终端接低功率隔离器，调节微波发生器至某一频率，移动测量线的探针位置，计算衰减量，并可作衰减曲线；步骤二：将终端换成短路片，移动测量线的探针位置，在整个可移动范围内逐点测量输出电流I与位置L的关系；步骤三：然后终端接匹配负载，分别绘出I—L曲线，得到最大电流值I1和最小电流值I2，此时沿测量线纵方向移动探针即可测量得到波导传输电磁波的波长λ，根据公式f=c/λ，可计算出系统的测量频率；步骤四：接通微瓦功率计电源，预热调零后，将功率计探头接在同轴线上，可测得到波导传输线的输出功率；步骤五：将系统的测量频率与微波发生器的实际频率相比较，若误差在合理范围内，则说明波导实现了TE10波单模传输稳定且整个系统接地良好，测得的波导输出功率以及传输损耗较为准确；若相差较大，则应重新检查系统的气密性以及接地桥是否接地良好，重新进行测量。具体实施方案三：本实施方式结合图2加以说明，本实施方式通过对波导和传统传输线传输电能的效率对比，分析波导实现高效低损传输电能的可行性。选定某种波导对其进行传输功率和损耗系数测算之后，与传统电力电缆相比。以BJ22矩形波导为例，BJ22矩形波导长边a为109.22mm，短边b为54.61mm，根据系统终端的测算，当激励源给定频率为1.72~2.61GHz时，可实现TE10波单模传输，且平均传输功率P的传输范围为32.47~45.15kW，损耗因数α的范围为0.0166~0.0108dB/m，损耗来源即波导壁产生的焦耳热损失，而内腔并无传输电流，介质损耗可忽略不计。根据公式α=P损/2P可算，波导的传输效率96.69%~97.84%，此传输效率明显远远高于传统的电缆传输线，能够实现对高频下对电能的高效率低损耗传输。本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波导的低损耗电能传输方法，涉及微波传输线领域，尤其涉及波导中的低损耗电能传输，其特征在于：所述的基于波导的低损耗电能传输方法的具体步骤包括步骤一：分析矩形波导TE10波单模传输的传输特性；步骤二：对选定波导求取传输功率，并分析损耗来源；步骤三：测算波导传输的损耗系数及波导传输线实现低损耗电能传输的效率，并与传统传输线和同轴线做比较，分析波导作为低损耗电能传输方法的可能性。

【技术特征摘要】
1.一种基于波导的低损耗电能传输方法，涉及微波传输线领域，尤其涉及波导中的低损耗电能传输，其特征在于：所述的基于波导的低损耗电能传输方法的具体步骤包括步骤一：分析矩形波导TE10波单模传输的传输特性；步骤二：对选定波导求取传输功率，并分析损耗来源；步骤三：测算波导传输的损耗系数及波导传输线实现低损耗电能传输的效率，并与传统传输线和同轴线做比较，分析波导作为低损耗电能传输方法的可能性。2.根据权利要求1所述的一种基于波导的低损耗电能传输方法，其特征在于：所述的基于波导的低损耗电能传输方法通过一波导传输系统实现，该波导传输系统包括激励源、波导传输线、探针—微带过渡结构以及系统终端。3.根据权利要求2所述的一种基于波导的低损耗电能传输方法，其特征在于：所述的波导传输系统中所应用的传输线为矩形波导传输线，其截面长为a，宽为b，能够实现单模传输，传输模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：王暄，武思文，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23