一種截止式微波功率衰減器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高功率微波功率側(cè)梁精度高，能夠減小在衰減量標(biāo)定環(huán)節(jié)引入的不確定度的截止式微波功率衰減器。其包括電連接器，截止波導(dǎo)組件和電極；所述的截止波導(dǎo)組件包括若干通過(guò)不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)；所述的電連接器分別配合連接在不同截止波導(dǎo)的兩端，電連接器芯線位于截止波導(dǎo)的一側(cè)分別連接用于發(fā)射和接收電磁波的激勵(lì)電極。其能夠通過(guò)若干不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)，作為功率衰減原件的截止波導(dǎo)能夠針對(duì)不同衰減要求對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)應(yīng)選擇，解決了傳統(tǒng)衰減器制造重復(fù)性較差問(wèn)題，截止波導(dǎo)作為線性器件在衰減過(guò)程中不會(huì)引起波型畸變，波型保真性能優(yōu)異，適用于強(qiáng)電磁環(huán)境條件下高功率微波功率精確測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種截止式微波功率衰減器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波輻射場(chǎng)功率測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種截止式微波功率衰減器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著高功率微波技術(shù)在高能粒子加速器、等離子加熱、高功率雷達(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用，人們對(duì)高功率微波的測(cè)量技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。然而，高功率微波通常具有峰值功率高、脈寬較短、單脈沖或者脈沖串、其測(cè)量環(huán)境存在強(qiáng)電磁干擾甚至射線干擾等特點(diǎn)，給功率的準(zhǔn)確測(cè)量造成困難。
[0003]現(xiàn)有的高功率微波測(cè)量手段是將高功率首先衰減到中功率或低功率后進(jìn)行直接測(cè)量。這種高功率微波測(cè)量裝置通常由微波定向耦合器(例如波導(dǎo)型定向耦合器)或衰減器和微波功率檢波器組成。
[0004]測(cè)量裝置中使用的傳統(tǒng)微波功率衰減器主要為吸收型衰減器，其衰減量主要取決于衰減器內(nèi)部的微波吸收材料，這種衰減器存在如下問(wèn)題--第一，由于制作工藝限制不同批次間吸收材料的一致性較差，基于吸收材料制作的衰減器可重復(fù)性并不理想。第二，在強(qiáng)電磁輻射和射線環(huán)境下傳統(tǒng)微波功率衰減器的吸收材料還易老化引起衰減量變化，造成微波功率測(cè)量誤差。第三，在高功率微波測(cè)量裝置中使用的是大衰減量衰減器，使用前須對(duì)衰減器的衰減量進(jìn)行標(biāo)定，通常使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行大衰減量標(biāo)定過(guò)程中引入的標(biāo)定不確定度較大，測(cè)量系統(tǒng)精度也因此受到限制?，F(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)小衰減量標(biāo)定較準(zhǔn)確，但是當(dāng)衰減量大于40dB時(shí)其不確定度顯著上升，在實(shí)際應(yīng)用中大衰減量衰減器標(biāo)定依舊是個(gè)難題，從而制約了微波輻射場(chǎng)功率測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高功率微波功率側(cè)梁精度高，能夠減小在衰減量標(biāo)定環(huán)節(jié)引入的不確定度的截止式微波功率衰減器。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種截止式微波功率衰減器，包括電連接器，截止波導(dǎo)組件和電極；所述的截止波導(dǎo)組件包括若干通過(guò)不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)；所述的電連接器分別配合連接在不同截止波導(dǎo)的兩端，電連接器芯線位于截止波導(dǎo)的一側(cè)分別連接用于發(fā)射和接收電磁波的激勵(lì)電極。
[0008]優(yōu)選的，電連接器包括法蘭盤，標(biāo)準(zhǔn)N型接頭和密封連接在標(biāo)準(zhǔn)N型接頭內(nèi)的聚四氟乙烯環(huán)；標(biāo)準(zhǔn)N型接頭設(shè)置在法蘭盤上，電連接器芯線沿軸向固定貫穿設(shè)置在聚四氟乙烯環(huán)上。
[0009]進(jìn)一步，截止波導(dǎo)兩端分別設(shè)置有與法蘭盤配合的法蘭連接盤。
[0010]優(yōu)選的，激勵(lì)電極包括磁激勵(lì)電極，磁激勵(lì)電極一端與電連接器芯線連接，另一端通過(guò)彈性電接觸裝置與法蘭連接盤電接觸。
[0011 ] 進(jìn)一步，用于發(fā)射和接收電磁波的磁激勵(lì)電極共面設(shè)置，磁激勵(lì)電極與電連接器圍城的多邊形面的法線方向與磁力線平行。
[0012]再進(jìn)一步，截止波導(dǎo)內(nèi)部平行與其橫截面設(shè)置有柵格狀的模式過(guò)濾器，模式過(guò)濾器由平行設(shè)置在同一平面的金屬柵格組成，金屬柵格呈水平布置。
[0013]優(yōu)選的，激勵(lì)電極包括電激勵(lì)電極，電激勵(lì)電極一端與電連接器芯線連接，另一端呈自由端設(shè)置，用于發(fā)射和接收電磁波的電激勵(lì)電極共軸設(shè)置。
[0014]進(jìn)一步，電連接器芯線在連接截止波導(dǎo)的一側(cè)延伸出一段長(zhǎng)度，激勵(lì)電極通過(guò)螺紋配合與電連接器芯線的延伸段連接。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0016]本發(fā)明中所述的衰減器的衰減量主要由截止波導(dǎo)物理結(jié)構(gòu)決定，從而能夠通過(guò)若干不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)，作為功率衰減原件的截止波導(dǎo)能夠針對(duì)不同衰減要求對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)應(yīng)選擇，解決了傳統(tǒng)衰減器制造重復(fù)性較差問(wèn)題，截止波導(dǎo)作為線性器件在衰減過(guò)程中不會(huì)引起波型畸變，波型保真性能優(yōu)異，適用于強(qiáng)電磁環(huán)境條件下高功率微波功率精確測(cè)量。
[0017]進(jìn)一步的，通過(guò)法蘭盤和標(biāo)準(zhǔn)N型接頭的設(shè)置，能夠提高本發(fā)明的連接通用性和快捷性，提高了適用范圍以及使用效率；并且能夠方便快捷的通過(guò)與法蘭連接盤的配合，保證了電連接器與各個(gè)截止波導(dǎo)的通配性和穩(wěn)定可靠連接。
[0018]進(jìn)一步的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了不同模式激勵(lì)結(jié)構(gòu)組件和不同長(zhǎng)度的截止波導(dǎo)組件，能夠根據(jù)電磁仿真結(jié)果確定最佳的激勵(lì)電極尺寸，從而能夠根據(jù)需求選擇相應(yīng)衰減模式及衰減量，并且利用螺紋配合進(jìn)行連接，靈活性高，通用性強(qiáng)。
[0019]進(jìn)一步的，通過(guò)增加的模式過(guò)濾器能使得工作波形正常通過(guò)而對(duì)非工作波形則有很大的反射和衰減作用，確保了截止波導(dǎo)內(nèi)的波型純凈。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)例中所述結(jié)構(gòu)的衰減量變化曲線。
[0021]圖2是本發(fā)明采用磁激勵(lì)電極時(shí)的組成結(jié)構(gòu)主視圖。
[0022]圖3是圖2的側(cè)視圖。
[0023]圖4是本發(fā)明中電連接器與磁激勵(lì)電極連接方式示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明采用電激勵(lì)電極時(shí)的組成結(jié)構(gòu)主視圖。
[0025]圖6是圖5的側(cè)視圖。
[0026]圖7是本發(fā)明中電連接器與電激勵(lì)電極連接方式示意圖。
[0027]圖8是本發(fā)明采用磁激勵(lì)電極并設(shè)置模式過(guò)濾器時(shí)的組成結(jié)構(gòu)主視圖。
[0028]圖9是圖8的側(cè)視圖。
[0029]圖10是圖8中模式過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:標(biāo)準(zhǔn)N型接頭1，聚四氟乙烯環(huán)2，法蘭盤3，法蘭連接盤4，電連接器芯線5，磁激勵(lì)電極6，截止波導(dǎo)7，彈性電接觸裝置8，電激勵(lì)電極9，模式過(guò)濾器10。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0032]本發(fā)明一種截止式微波功率衰減器，如圖2和圖5所示，其包括電連接器，截止波導(dǎo)組件和電極；截止波導(dǎo)組件包括若干通過(guò)不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)7 ;電連接器分別配合連接在不同截止波導(dǎo)7的兩端，電連接器芯線5位于截止波導(dǎo)7的一側(cè)分別連接用于發(fā)射和接收電磁波的激勵(lì)電極。其中，電連接器包括法蘭盤3，標(biāo)準(zhǔn)N型接頭I和密封連接在標(biāo)準(zhǔn)N型接頭I內(nèi)的聚四氟乙烯環(huán)2 ;標(biāo)準(zhǔn)N型接頭I設(shè)置在法蘭盤3上，電連接器芯線5沿軸向固定貫穿設(shè)置在聚四氟乙烯環(huán)2上。截止波導(dǎo)7兩端分別設(shè)置有與法蘭盤3配合的法蘭連接盤4。不同的截止波導(dǎo)7能夠通過(guò)統(tǒng)一的法蘭連接盤4實(shí)現(xiàn)對(duì)相同的電連接器中法蘭盤3的配合，能夠重復(fù)進(jìn)行使用。
[0033]如圖2、圖3和圖4所示，激勵(lì)電極采用磁激勵(lì)電極6，磁激勵(lì)電極6 —端與電連接器芯線5連接，另一端通過(guò)彈性電接觸裝置8與法蘭連接盤4電接觸。用于發(fā)射和接收電磁波的磁激勵(lì)電極6共面設(shè)置，磁激勵(lì)電極6與電連接器圍城的多邊形面的法線方向與磁力線平行。所圍城的多邊形面如圖2所示，其中，磁激勵(lì)電極6與電連接器芯線5通過(guò)螺紋進(jìn)行連接。
[0034]如圖8和圖9所示，截止波導(dǎo)7內(nèi)部平行與其橫截面設(shè)置有柵格狀的模式過(guò)濾器10，如圖10所示，模式過(guò)濾器10由平行設(shè)置在同一平面的金屬柵格組成，金屬柵格呈水平設(shè)置，即需要使金屬柵格的方向與工作模式的電場(chǎng)方向垂直。格柵的數(shù)量較多時(shí)對(duì)非工作模式的衰減更多，同時(shí)對(duì)工作模式也會(huì)有一定衰減，能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)數(shù)量，本優(yōu)選實(shí)施例以5個(gè)柵格為例進(jìn)行說(shuō)明。從而能使得工作波形正常通過(guò)而對(duì)非工作波形則有很大的反射和衰減作用，確保了截止波導(dǎo)內(nèi)的波型純凈。
[0035]如圖5、圖6和圖7所示，激勵(lì)電極采用電激勵(lì)電極9，電激勵(lì)電極9 一端與電連接器芯線5連接，另一端呈自由端設(shè)置，用于發(fā)射和接收電磁波的電激勵(lì)電極9共軸設(shè)置。本優(yōu)選實(shí)施例中，電激勵(lì)電極9為圓柱狀，；電連接器芯線5在連接截止波導(dǎo)7的一側(cè)延伸出一段長(zhǎng)度，激勵(lì)電極通過(guò)螺紋配合與電連接器芯線5的延伸段連接。
[0036]本發(fā)明所述微波功率衰減器工作原理為:電磁波經(jīng)電連接器輸入，以高頻電連接器為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)選擇磁激勵(lì)電極6時(shí)在截止波導(dǎo)7中激勵(lì)起圓波導(dǎo)主模TE11模，當(dāng)選擇電激勵(lì)電極9時(shí)在截止波導(dǎo)7中激勵(lì)起圓波導(dǎo)中最低圓周對(duì)稱模式TMtll模，而后均經(jīng)截止波導(dǎo)7衰減后輸出。衰減器衰減曲線見圖1所示，衰減量與電極間距離呈線性變化(衰減量大于20dB后)，線性衰減段斜率能通過(guò)如下相關(guān)的電磁理論計(jì)算得到，因此本發(fā)明衰減量可以表示為基礎(chǔ)衰減量與線性衰減量之和，通過(guò)這種設(shè)計(jì)解決了常規(guī)大衰減量衰減器標(biāo)定引入的不確定度較大問(wèn)題。
[0037]電磁波在截止波導(dǎo)內(nèi)，其電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離呈指數(shù)衰減。當(dāng)截止波導(dǎo)7輸入端的激勵(lì)電極激勵(lì)起單一振蕩模式電磁波時(shí)，電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度E1沿波導(dǎo)呈指數(shù)衰減:
[0038]E1 = E0e_al
[0039]式中:
[0040]E0—輸入端某參考面的場(chǎng)強(qiáng)；
[0041]a——衰減常數(shù)，單位為dB/m ；
[0042]I—接受電極到選取參考面的距離，單位為m。
[0043]當(dāng)接受電極從I1移到I2時(shí)，衰減增量A為:
[0044]A = 201g(En/E12)
[0045]當(dāng)α Λ I << IdB 時(shí)，
[0046]A ^ 8.686 α Δ I
[0047]式中，衰減量A的單位為dB。
[0048]理想條件下，當(dāng)截止波導(dǎo)的σ =oo，衰減常數(shù)α為:
In [~ λ.τ
[0049]a = —Jl-(^)-
ΛΓ V Λ
[0050]式中:
[0051]λ?！▽?dǎo)的截止波長(zhǎng)，由截止波導(dǎo)半徑及電磁波的工作模式?jīng)Q定；
[0052]λ——工作波長(zhǎng)。
[0053]起始段會(huì)有非線性衰減，可以從圖1的衰減曲線中看出來(lái)，這是因?yàn)樵诮刂共▽?dǎo)內(nèi)激勵(lì)起工作模式同時(shí)也會(huì)激勵(lì)起少量非工作模式，而非工作模式的衰減常數(shù)較工作模式大，在傳輸一定距離后非工作模式基本消失，因此可以定義基礎(chǔ)衰減量20dB(這個(gè)也是可以根據(jù)實(shí)際情況定義一般至少是15dB，如果對(duì)線性衰減要求較高可以適當(dāng)提高)，20dB以后截止波導(dǎo)內(nèi)僅有工作模式衰減量與截止波導(dǎo)長(zhǎng)度也就呈線性關(guān)系，同時(shí)在磁激勵(lì)結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了模式過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾非工作模式，來(lái)確保衰減器線性工作。由于激光測(cè)長(zhǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，長(zhǎng)度測(cè)量的精確度很高，因此，截止式衰減器可以達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。從原理上還能看出該衰減器衰減量不受限制，在實(shí)現(xiàn)大衰減量上也較傳統(tǒng)衰減器有很大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其衰減量可通過(guò)截止波導(dǎo)的長(zhǎng)度、半徑等參數(shù)計(jì)算得到，避免了傳統(tǒng)衰減器在經(jīng)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀標(biāo)定過(guò)程中弓I入標(biāo)定不確定度。
[0054]最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，包括電連接器，截止波導(dǎo)組件和電極；所述的截止波導(dǎo)組件包括若干通過(guò)不同長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同衰減量的截止波導(dǎo)(7);所述的電連接器分別配合連接在不同截止波導(dǎo)(7)的兩端，電連接器芯線(5)位于截止波導(dǎo)(7)的一側(cè)分別連接用于發(fā)射和接收電磁波的激勵(lì)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，所述的電連接器包括法蘭盤(3)，標(biāo)準(zhǔn)N型接頭(I)和密封連接在標(biāo)準(zhǔn)N型接頭(I)內(nèi)的聚四氟乙烯環(huán)(2);標(biāo)準(zhǔn)N型接頭(I)設(shè)置在法蘭盤(3)上，電連接器芯線(5)沿軸向固定貫穿設(shè)置在聚四氟乙烯環(huán)⑵上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，所述的截止波導(dǎo)(7)兩端分別設(shè)置有與法蘭盤(3)配合的法蘭連接盤(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，所述的激勵(lì)電極包括磁激勵(lì)電極(6)，磁激勵(lì)電極(6) —端與電連接器芯線(5)連接，另一端通過(guò)彈性電接觸裝置(8)與法蘭連接盤(4)電接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，用于發(fā)射和接收電磁波的磁激勵(lì)電極(6)共面設(shè)置，磁激勵(lì)電極￠)與電連接器圍城的多邊形面的法線方向與磁力線平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，截止波導(dǎo)(7)內(nèi)部平行與其橫截面設(shè)置有柵格狀的模式過(guò)濾器(10)，模式過(guò)濾器(10)由平行設(shè)置在同一平面的金屬柵格組成，金屬柵格呈水平布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，所述的激勵(lì)電極包括電激勵(lì)電極(9)，電激勵(lì)電極(9) 一端與電連接器芯線(5)連接，另一端呈自由端設(shè)置，用于發(fā)射和接收電磁波的電激勵(lì)電極(9)共軸設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的一種截止式微波功率衰減器，其特征在于，電連接器芯線(5)在連接截止波導(dǎo)(7)的一側(cè)延伸出一段長(zhǎng)度，激勵(lì)電極通過(guò)螺紋配合與電連接器芯線(5)的延伸段連接。
【文檔編號(hào)】H01P1/22GK104183894SQ201410438804
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】寧輝, 童清波 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍63655部隊(duì)