高功率环行器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及工业微波源【技术领域】，其公开了高功率环行器，由矩形波导馈线单元、磁路单元、冷却单元以及功率耦合口和打火保护单元构成。本实用新型的有益效果是：环行器实测工作频率带宽为895MHz~925MHz，插入损耗<0.15dB，传输功率>75kW，可承受满功率全反射，满功率工作不会出现打火现象。传输功率75kW时，连续工作磁体温升不超过10℃,以上指标均满足了915MHz 75kW工业微波源的应用要求。
【专利说明】
高功率环行器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业微波源【技术领域】，特别涉及一种高功率环行器。
【背景技术】
[0002]工作频率为915MHz的工业微波源被广泛用于工业加热、烘干等应用领域，环行器是工业微波源中的关键器件之一，安装在功率放大器件与负载之间，通过改变由负载失配导致的反射功率的传播路径达到保护功率放大管、提高系统稳定性的作用。随着应用需求的不断发展，单套915MHz微波源的射频输出功率也在不断提高，因此需要能承受更大功率的环行器。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种高功率环行器，用以解决现有技术中环行器能承受的传输功率低的问题。
[0004]本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是:设计和制造一种高功率环行器，由矩形波导馈线单元、磁路单元、冷却单元以及功率耦合口和打火保护单元构成。
[0005]作为本实用新型的进一步改进:矩形波导馈线单元包括环行器主腔体(I)、输入端波导馈线(2)、输出端波导馈线(3)和负载端波导馈线(4);所述输入端波导馈线(2)连接输出端波导馈线(3);所述输出端波导馈线(3)连接负载端波导馈线(4);输入端波导馈线
(2)、输出端波导馈线(3)和负载端波导馈线(4)位于环行器主腔体(I)上。
[0006]作为本实用新型的进一步改进:所述磁路单元由内磁路及外磁路组成，内磁路包括水冷旋磁基台(5)和旋磁基片(6),外磁路包括外磁均勻板(7)、外磁场(8)、外磁场固定环(9)、外磁场定位柱(10)、外磁场屏蔽板(11)和外磁场屏蔽板(12);所述旋磁基片(6)以圆形水冷旋磁基台(5)的轴心为中心,径向均勻粘接在水冷旋磁基台(5)的表面上；外磁场
(8)吸附在外磁均勻板(7)上并固定在外磁场固定环(9)内，以外磁场定位柱为轴心定位，使内外磁场同轴心，外磁场屏蔽板(11)和外磁场屏蔽板(12)吸附在外磁场外表面，形成闭合磁路。
[0007]作为本实用新型的进一步改进:所述冷却单元由输入水嘴(13)、过渡水路(14)、输出水嘴(15)、过渡水嘴(16)和水管(17)组成；所述输入水嘴(13)和输出水嘴(15)采用管螺纹连接，过渡水嘴(16)连接所述输出水嘴(15)，过渡水路(14)位于输出水嘴(15)、过渡水嘴(16 )和水管(17 )形成的闭合水路内。
[0008]作为本实用新型的进一步改进:功率耦合单元由输入端耦合口(18)、负载端耦合口(19)组成；输入端耦合口(18)安装在输入端波导馈线(2)的窄边方向；负载端耦合口
(19)安装在负载端波导馈线(4)的窄边方向。
[0009]作为本实用新型的进一步改进:打火保护单元由打火探头固定杆(20)和打火探头(21)组成，所述打火探头(21)固封在打火探头固定杆(20 )中，所述打火探头固定杆(20 )安装在矩形波导馈线单元上。
[0010]本实用新型的有益效果是:环行器实测工作频率带宽为895MHz?925MHz，插入损耗〈0.15dB，传输功率>75kW，可承受满功率全反射，满功率工作不会出现打火现象。传输功率75kW时，连续工作磁体温升不超过10°C，以上指标均满足了 915MHz 75kW工业微波源的应用要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型高功率环行器的结构图正视图。
[0012]图2是本实用新型高功率环行器的结构后视图。
[0013]图3是本实用新型高功率环行器的结构俯视图。
[0014]图4是本实用新型高功率环行器的结构截面图。
[0015]图5是本实用新型高功率环行器的结构仰视图。
[0016]图6是本实用新型高功率环行器的水路单元框图。
[0017]图7是本实用新型高功率环行器的水路单元连接图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0019]一种高功率环行器，由矩形波导馈线单元、磁路单元、冷却单元以及功率耦合口和打火保护单元构成。
[0020]矩形波导馈线单元包括环行器主腔体1、输入端波导馈线2、输出端波导馈线3和负载端波导馈线4 ;所述输入端波导馈线2连接输出端波导馈线3 ;所述输出端波导馈线3连接负载端波导馈线4 ;输入端波导馈线2、输出端波导馈线3和负载端波导馈线4位于环行器主腔体I上。
[0021]所述磁路单元由内磁路及外磁路组成，内磁路包括水冷旋磁基台5和旋磁基片6,外磁路包括外磁均勻板7、外磁场8、外磁场固定环9、外磁场定位柱(10)、外磁场屏蔽板
(11)和外磁场屏蔽板(12);所述旋磁基片(6)以圆形水冷旋磁基台(5)的轴心为中心,径向均匀粘接在水冷旋磁基台(5)的表面上；外磁场(8)吸附在外磁均匀板(7)上并固定在外磁场固定环(9 )内，以外磁场定位柱为轴心定位,使内外磁场同轴心，外磁场屏蔽板(11)和外磁场屏蔽板(12 )吸附在外磁场外表面，形成闭合磁路。
[0022]所述冷却单元由输入水嘴13、过渡水路14、输出水嘴15、过渡水嘴16和水管17组成；所述输入水嘴13和输出水嘴15采用管螺纹连接，过渡水嘴16连接所述输出水嘴15，过渡水路14位于输出水嘴15、过渡水嘴16和水管17形成的闭合水路内。
[0023]功率耦合单元由输入端耦合口 18、负载端耦合口 19组成；输入端耦合口 18安装在输入端波导馈线2的窄边方向；负载端耦合口 19安装在负载端波导馈线4的窄边方向。
[0024]打火保护单元由打火探头固定杆20和打火探头21组成，所述打火探头21固封在打火探头固定杆20中，所述打火探头固定杆20安装在矩形波导馈线单元上。
[0025]分散分布式磁性材料的高场环行器，没有公式，一般采用仿真分析，经仿真计算，旋磁基片直径为25mm,厚度4mm,各片间距L 5mm,数量38片,磁矩在100gauss以上，介电常数13.5，内场归一化值大于1.7。
[0026]在一实施例中，环行器主要包括:矩形波导馈线单元、磁路单元、冷却单元以及功率耦合口和打火保护单元。如图1至图5，
[0027]矩形波导馈线单元具有对外连接以及将环行器输入阻抗匹配到外部接口阻抗的作用。馈线单元包括环行器主腔体1、输入端波导馈线2、输出端波导馈线3、负载端波导馈线4。环行器腔体采用压缩波导设计，可大大减小环行器的体积及重量，通过波导馈线的连接，使功率源的输出端到环行器中心形成了多节1/4波长阻抗变换器，如此，即解决了环行器体积及重量的问题，同时也展宽了工作频带。输入端法兰盘用于和功率源输出端连接作用，输出端法兰盘用于连接后级匹配馈线段，负载端法兰盘用于连接可承受功率全反射的水吸收负载。馈线上有尖刺的拐角棱边都要进行打磨抛光处理，防止高功率下打火。
[0028]磁路单元是环行器的核心单元，决定了环行器可承受功率的高低以及环行器插入损耗性能指标的优劣。磁路单元由内磁路及外磁路组成，内磁路包括水冷旋磁基台5、旋磁基片6,外磁路包括外磁均勻板7、外磁场8、外磁场固定环9,外磁场定位柱10,外磁场屏蔽板11，外磁场屏蔽板12。
[0029]内磁路中旋磁基片采用高磁矩材料，两面多环分散式分布，粘结在环行器上下水冷旋磁基台上，每面各分布19小片，两面的旋磁基片轴向同心，可按轴心任意旋转，不必上下各基片完全对称。当环行器的插入损耗小于0.2dB，则环行器的本身的功率消耗为总功率的4.6%，即当输入功率为75KW时，消耗在环行器上的功率约为3450W，此时，各旋磁基片消耗的功率约为91W。此设计与常规设计比较，常规设计在环行器内腔上下两面各粘结一个大直径的旋磁基片，按同样的插入损耗，则消耗在每片上的功率为1725W，产生的热量就会很大，由于旋磁基片的直径大，粘接面的不平整度及胶液厚度的不一致性将不利于散热。因此，新设计可大大提高环行器的功率容量。
[0030]外磁路中的外磁场同样采用两面多环分散式分布，外磁场吸附在外磁均匀板上，由外磁场固定环固定，外磁路采用钐钴永磁及锶恒磁两种材料混合，起到温度补偿的作用，两面的外磁场磁片轴向同心，可按轴心任意旋转，通过外磁场屏蔽板形成闭合磁路，强磁的加载使内磁路内场达到过渡磁饱和，从而远远避开谐振点，达到降低插入损耗的作用。
[0031]通过以上的设计，可起到解决功率高和保证性能指标方面的作用。
[0032]如图6及图7，水路单元由输入水嘴13、过渡水路14、输出水嘴15、过渡水嘴16、水管17组成。水路为串联式设计，如图2所示，此设计只需用户提供一组供水，即可对环行器在功率下的发热进行冷却，输入、输出水嘴采用1/2”管螺纹，外部连接部分在市场上可随意购买，连接方便。水管采用内径为Φ6.5，外径为Φ 10的软管，通过过渡水嘴连接，形成闭合水路。按环行器的插入损耗为0.2dB，则环行器的本身的功率消耗约为总功率的4.6%，即当输入功率为75KW时，消耗在环行器上的功率约为3500W，为使环行器在功率加载时的温升不大于10°C，用户只需提供10ml/秒的水流量即可。
[0033]通过以上的设计，可利用小水流量有效解决高功率下产生的高热散热问题，保证产品性能指标方面的作用。
[0034]功率耦合单元由输入端耦合口 18、负载端耦合口 19组成。输入端耦合口安装在输入端波导馈线的窄边方向，起到监测输入功率的作用，负载端耦合口安装在负载端波导馈线的窄边方向，起到监测反射功率的作用，耦合口的耦合度设计为50dB，按75KW功率输入计算，耦合出的能量不到1W，因此耦合接口可采用N制50 Ω标准接口。同时，耦合单元采用磁耦合设计方式，即耦合探针在波导馈线的窄边内侧壁上，此处的电场强度最低，高功率下不易打火烧毁。
[0035]通过以上的设计，可有效监控输入及反射功率值的变化，有效监控环行器的工作状态。
[0036]打火检测单元由打火探头固定杆20、打火探头21组成，首先，在环行器主腔体输入端到输出端的侧面位置加工一个MlO的通孔，孔对准水冷旋磁基台中心，将打火探头固封在打火探头固定杆中，在将打火探头固定杆安装至环行器主腔体得MlO螺孔中，此处电磁强度低，高功率下不易产生打火现象。当环行器在功率异常的状态下，旋磁基片可能因高热而发生打火、烧毁现象，此时打火检测单元可起到监控作用，并提前进行保护工作。
[0037]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种高功率环行器，其特征在于:由矩形波导馈线单元、磁路单元、冷却单元以及功率耦合口和打火保护单元构成；矩形波导馈线单元包括环行器主腔体(I)、输入端波导馈线(2)、输出端波导馈线(3)和负载端波导馈线(4);所述输入端波导馈线(2)连接输出端波导馈线(3);所述输出端波导馈线(3)连接负载端波导馈线(4);输入端波导馈线(2)、输出端波导馈线(3)和负载端波导馈线(4)位于环行器主腔体(I)上；所述磁路单元由内磁路及外磁路组成，内磁路包括水冷旋磁基台(5)和旋磁基片(6)，外磁路包括外磁均匀板(7)、外磁场(8)、外磁场固定环(9)、外磁场定位柱(10)、外磁场屏蔽板(11)和外磁场屏蔽板(12);所述旋磁基片(6)以圆形水冷旋磁基台(5)的轴心为中心，径向均匀粘接在水冷旋磁基台(5)的表面上；外磁场(8)吸附在外磁均匀板(7)上并固定在外磁场固定环(9)内，以外磁场定位柱为轴心定位，使内外磁场同轴心，外磁场屏蔽板(11)和外磁场屏蔽板(12)吸附在外磁场外表面，形成闭合磁路；所述冷却单元由输入水嘴(13)、过渡水路(14)、输出水嘴(15)、过渡水嘴(16)和水管(17)组成；所述输入水嘴(13)和输出水嘴(15)采用管螺纹连接，过渡水嘴(16)连接所述输出水嘴(15)，过渡水路(14)位于输出水嘴(15)、过渡水嘴(16)和水管(17)形成的闭合水路内；打火保护单元由打火探头固定杆(20)和打火探头(21)组成，所述打火探头(21)固封在打火探头固定杆(20 )中，所述打火探头固定杆(20 )安装在矩形波导馈线单元上。
2.根据权利要求1所述的高功率环行器，其特征在于:功率耦合单元由输入端耦合口(18)、负载端耦合口(19)组成；输入端耦合口(18)安装在输入端波导馈线(2)的窄边方向；负载端耦合口(19)安装在负载端波导馈线(4)的窄边方向。
【文档编号】H01P1/39GK204189937SQ201420480308
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】汪鹏, 王斌 申请人:西南应用磁学研究所