一种紧凑型大平均功率匹配负载的制作方法

本发明涉及低成本大功率波导匹配负载领域，具体地说，是涉及一种紧凑型大平均功率匹配负载。

背景技术：

匹配负载是射频微波领域的常用元器件。匹配负载通常由一段一端短路的传输线，比如矩形波导、圆波导和同轴线等，和位于该传输线中的一个或多个吸收体构成。为了获得尽量宽的工作带宽和尽量低的反射系数，其中的吸收体常常被设计成锥体。沿传输线的轴线该锥体的横截面尺寸从零缓慢逐渐增大。这种设计存在以下几个问题：1)吸收体的长度太长，导致匹配负载的尺寸过大；2)尖细的锥体吸收体加工困难(特别是其尖端容易断裂)，导致制造成本增加；3)吸收体的尖端在高功率条件下将吸收微波产生较多热量，容易被损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种紧凑型大平均功率匹配负载。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种紧凑型大平均功率匹配负载，包括一段一端短路的轴线沿z方向的传输线，至少一个位于所述传输线内的吸收体，和至少一个调谐螺钉；所述调谐螺钉从所述传输线的外部伸入所述传输线的内部，所述调谐螺钉在所述传输线的内部的深度可以从所述传输线的外部调节；x方向、y方向和z方向构成指教坐标系。

为了便于加工并避免吸收体在高功率条件下损坏，所述吸收体的形状设计为矩形体。

或者，所述吸收体的形状为锥体，所述锥体的最小宽度和最小高度都大于所述紧凑型大功率匹配负载的工作波长的1/50。

所述吸收体的数目为1个，设置在所述传输线的底部，与所述传输线的内壁在-y方向接触。

或者，所述吸收体的数目为2个，分别设置在所述传输线的两个侧壁，分别与所述传输线的内壁在x方向和-x方向接触。

所述调谐螺钉设置在所述传输线1的y方向。

所述调谐螺钉的数目可以为1个或多个。更多数目的调谐螺钉可以获得更好的匹配，但将增加紧凑型大功率匹配负载的长度。较佳的设计，所述调谐螺钉的数目为3个，沿z方向设置在所述传输线上。

所述传输线为矩形波导，其宽边沿x方向。

或者，所述传输线为圆波导或同轴线。

本发明公布了一种新型高功率匹配负载的设计方案。通过采用矩形或秃头锥状吸收体，匹配负载的加工难度大大降低，其平均功率容量大大增加。同时，通过添加一个或多个调谐螺钉，匹配负载在较宽带宽内的匹配得到大大改善。传统的大功率匹配负载的平均功率容量主要受到吸收体的热性能的限制。本发明中的调谐螺钉的引入会一定程度地降低匹配负载的峰值功率容量，但对器件的平均功率的影响较小。在实际应用中，为了更好地发挥其高平均功率的优势，参照普通的高功率匹配负载的结构，在本发明外还可以设置若干金属散热片。本发明将主要用于高平均功率的微波系统中，特别是微波能工业应用领域中。

附图说明

图1为本发明示意图和实施例1的俯视示意图

图2为图1的aa向剖视图

图3为实施例2的俯视示意图

图4为图3的aa向剖视图

图5为实施例3的俯视示意图

图6为图5的aa向剖视图

图7为三维仿真得到的实施例4的反射系数随频率的变化曲线

附图中标号对应名称：1-传输线，2-吸收体，3-调谐螺钉。

本说明书中部分名词(参见图1～6)规定如下：

水平方向，也就是位于水平面内的方向，即位于xz平面内的方向。

垂直方向，或者上方，即y轴方向，也就是与水平面垂直向上的方向，

左方向，指x方向。

右方向，指-x方向。

任意三维结构的最小宽度，指该三维结构中任意两点的连线在x方向投影的长度的最小值。

任意三维结构的最小高度，指该三维结构中任意两点的连线在y方向投影的长度的最小值。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示。

一种紧凑型大平均功率匹配负载，包括一段右端短路的轴线沿z方向的传输线1，一个位于所述传输线1内的吸收体2，和3个调谐螺钉3；所述调谐螺钉3从所述传输线1的外部伸入所述传输线1的内部，所述调谐螺钉3在所述传输线的内部的深度可以从所述传输线1的外部调节。

所述传输线1为矩形波导，其宽边沿x方向。

所述吸收体2的形状为锥体，所述锥体的最小宽度和最小高度都大于所述紧凑型大功率匹配负载的工作波长的1/50。

所述吸收体2的数目为1个，设置在所述传输线1的底部，与所述传输线1的内壁在-y方向接触。

所述调谐螺钉3设置在所述传输线1的y方向。

所述调谐螺钉的数目为3个，沿z方向设置在所述传输线1上。

实施例2

如图3和4所示。

与实施例1相比，不同之处仅在于，所述吸收体2的形状为矩形体。矩形体的吸收体比锥状吸收体更容易加工，可以显著降低加工成本。

实施例3

如图5和6所示。

与实施例1相比，不同之处仅在于，所述吸收体2的数目为2个，分别设置在所述传输线1的两个侧壁，分别与所述传输线1的内壁在x方向和-x方向接触。所述调谐螺钉3的数目为6个，沿z方向设置在所述传输线1上。其中3个所述调谐螺钉3设置在所述传输线1的顶部，另外3个所述调谐螺钉3设置在所述传输线1的底部。

实施例4

如图3、4和7所示。

本实施例是实施例2的具体实现。采用的传输线1为bj26标准矩形波导(宽86.36毫米，高43.18毫米)。该匹配负载的总长度为150毫米，右端短路。其中的吸收体2为碳化硅(介电常数：ε’＝17.505,ε”＝1.869,导磁率：μ’＝0.97,μ”＝0.034)长120.89毫米，宽86.36毫米，高度7.22毫米，设置在矩形波导的底部并与其短路端接触。3个直径为8毫米的调谐螺钉3沿矩形波导的上表面的中心线上从短路端朝向该匹配负载的输入端依次排列。每个调谐螺钉的朝向矩形波导内部的顶端边沿倒角r＝2毫米。各调谐螺钉的中心轴线距离矩形波导的短路端的距离依次分别为49.2毫米，79.94毫米和130.91毫米，其插入矩形波导中的深度依次分别为16.62毫米,19毫米和10.02。三维模拟计算得到的该匹配负载的反射系数随频率的变化如图7所示。从图7中可以看出，在工业微波频率2.45ghz附近的200mhz带宽范围内，该匹配负载的反射系数低于-26.8db，对应的驻波比低于1.1。该匹配负载的工作带宽对于工业微波应用足够，其发射非常低。

以上给出了3种本发明的实施例。实际的实现方式远比这里列举的更丰富。该紧凑型大功率匹配负载一般采用矩形波导型材通过切割钻孔、攻丝等工序完成。该匹配负载一般需要所述传输线1外设置散热片。

本发明公布的紧凑型大平均功率匹配负载具有结构简单紧凑、可以实现宽带宽、加工调试成本低等特点。通过采用波导型材，大大降低金属材料损耗和加工成本。通过采用秃头锥体吸收体或矩形体吸收体，大大降低吸收体的加工难度，大大提高吸收体在高平均功率条件下的使用寿命。通过采用多个调谐螺钉实现宽工作带宽范围内的低反射系数。与普通高功率匹配负载相比，其长度显著缩短，其使用也更加方便。本发明可以广泛用于高平均功率的微波系统中，特别是微波能工业应用领域中。