大功率行波结构全金属干式负载

1.本发明属于干式负载技术领域，具体涉及一种大功率行波结构全金属干式负载。


背景技术：

2.中国科学院高能物理研究所设计的用于南方光源测试平台的c波段全能量注入器加速结构需要大功率假负载吸收剩余微波能量。吸收负载是否能够稳定、可靠工作会影响加速器的使用寿命长短和工作效率高低，一款可靠稳定的假负载是保证核心器件安全工作的关键。
3.假负载是微波系统的重要附属设备，是接在传输线终端的全匹配负载，吸收沿传输线传到终端的全部功率而无反射产生。常用射频负载可分为两种类型：a.直接加热水的负载；b.水冷金属表面安装吸收材料。这两种类型的负载都面临着不同的问题，一种直接用水吸收射频能量转变为热量时需要使用易碎的陶瓷窗，通过钎焊、铜焊、压装或胶合将陶瓷层安装到隔离水的冷却表面。另外一种为使用吸波材料(比如铁氧体)来吸收射频能量，吸波材料面临热膨胀差以及热的产生和传递不均匀的问题，会造成破碎。传统的射频功率负载通常包含介电和磁性材料以及敏感陶瓷窗口不允许超过90℃。在高功率情况下到达出口的冷却水温度有可能超过150℃，所以传统负载很难能够在如此严苛的条件下温度工作。
4.因而需要一种能够在150℃以上的高温和低于10-9pa的真空度下工作不发生形变的干式负载，用于替代真实负载作为微波功率源系统、天线、加速器等的指标验证测试、功率吸收使用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大功率行波结构全金属干式负载，旨在解决现有技术中现有负载在150℃以上的高温和低于10-9pa的真空度下工作会发生形变的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大功率行波结构全金属干式负载，包括矩形法兰，所述矩形法兰的一侧固定连接有小矩形波导，所述小矩形波导的一侧固定连接有锥变段体，所述锥变段体的一侧固定连接有大矩形波导，所述大矩形波导的一侧固定连接有抽气波导，所述抽气波导的一侧固定连有抽气法兰，所述大矩形波导靠近锥变段体的内壁固定连接有金属组块，所述大矩形波导靠近抽气波导的内壁固定连接有圆柱阵列。
7.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到构成金属组块的效果，作为本发明一种优选的，所述金属组块由若干个金属块组成，所述金属块的形状为台阶状窄边矩形体。
8.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到构成圆柱阵列的效果，作为本发明一种优选的，所述圆柱阵列由若干个金属圆柱组成。
9.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到将上水套和下水套焊接在一起的效果，作为本发明一种优选的，所述大矩形波导的正面固定连接有上水套，所述大矩
形波导的背面固定连接有下水套，所述上水套和下水套之间设置有焊缝。
10.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到上水套和下水套内部能够流进冷却水的效果，作为本发明一种优选的，所述上水套的内部设置有上水道，所述下水套的内部设置有下水道。
11.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到将第一水管和第二水管连接在一起的效果，作为本发明一种优选的，所述上水套的正面固定连接有第一水管，所述下水套的背面固定连接有第二水管，所述第一水管和第二水管相互靠近的一端固定连接有三通进口水管。
12.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到方便冷却水进入的效果，作为本发明一种优选的，所述三通进口水管的一端固定连接有进水管。
13.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到将第三水管和第四水管连接在一起的效果，作为本发明一种优选的，所述上水套的正面固定连接有第三水管，所述下水套的背面固定连接有第四水管，所述第三水管和第四水管相互靠近的一端固定连接有三通出口水管。
14.为了使得该一种大功率行波结构全金属干式负载达到方便冷却水流出的效果，作为本发明一种优选的，所述三通出口水管的一端固定连接有出水管。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、该大功率行波结构全金属干式负载，通过矩形法兰、抽气法兰、抽气波导、小矩形波导、锥变段体、金属组块、圆柱阵列和大矩形波导的设置，微波功率由wr187矩形波导端口输入，经由锥变部分实现负载端与wr187矩形波导匹配，最终功率由圆柱体形成的表面电阻吸收，同时为了增强负载的峰值功率承受能力，全金属负载工作于高真空环境，设计有cf35抽气法兰与离子泵连接抽真空，在抽气波导与负载之间安装一段抽气波导，保证负载体内部的高真空环境，负载体吸收的微波能量最终会转换成热量，被冷却水带走，wr187矩形波导转换成负载体的矩形波导中的锥变部分采用的是槽状结构，由多个弯曲带弧顶金属体组成，结构形式为台阶状，将两种不同阻抗的波导匹配起来，金属体做成弧顶为了防止高峰值功率情况下发生打火，从而保证负载可以在高温和低于10-9pa的真空度下工作，不会发生形变。
17.2、该大功率行波结构全金属干式负载，通过进水管、出水管、上水套、下水套、三通出口水管、三通进口水管、第一水管、第二水管、第三水管和第四水管的设置，冷却水通过进水管进入流经三通进口水管被分成两路，一路经过第一水管流入上水道，另一路经过第二水管流入下水道，经过上水道与经过下水道的冷却水又分别通过第三水管和第四水管流入三通出口水管，最后汇集到出水管流出，从而可以对内部负载进行冷却将热量带走，并且金属水套也能够承受较高的温度。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明俯视的轴测结构示意图；
21.图3为本发明正视的剖视结构示意图；
22.图4为本发明右视的剖视结构示意图；
23.图5为本发明俯视的剖视结构示意图；
24.图6为本发明中上水套和下水套俯视的剖视结构示意图。
25.图中：1、矩形法兰；2、进水管；3、出水管；4、上水套；5、下水套；6、抽气法兰；7、抽气波导；8、上水道；9、小矩形波导；10、锥变段体；11、金属组块；12、金属块；13、圆柱阵列；14、大矩形波导；15、焊缝；16、下水道；17、三通进口水管；18、三通出口水管；19、第一水管；20、第二水管；21、第三水管；22、第四水管；23、金属圆柱。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例
28.请参阅图1-6，本发明提供以下技术方案：一种大功率行波结构全金属干式负载，包括矩形法兰1，矩形法兰1的一侧固定连接有小矩形波导9，小矩形波导9的一侧固定连接有锥变段体10，锥变段体10的一侧固定连接有大矩形波导14，大矩形波导14的一侧固定连接有抽气波导7，抽气波导7的一侧固定连有抽气法兰6，大矩形波导14靠近锥变段体10的内壁固定连接有金属组块11，大矩形波导14靠近抽气波导7的内壁固定连接有圆柱阵列13。
29.在本发明的具体实施例中，通过矩形法兰1、抽气法兰6、抽气波导7、小矩形波导9、锥变段体10、金属组块11、圆柱阵列13和大矩形波导14的设置，矩形法兰1材质为ss304l不锈钢，与无氧铜材质小矩形波导9焊接在一起，作为微波功率输入端口，无氧铜小矩形波导9与负载ss430不锈钢大矩形波导14焊接在一起，ss430不锈钢抽气波导7与负载ss430不锈钢大矩形波导14一体加工，并在ss430不锈钢抽气波导7后端焊接cf35抽气法兰6，用来连接离子泵抽真空，负载体从锥变段体10开始，锥变段体10为带有曲度的ss430不锈钢金属制成，焊接在负载ss430不锈钢大矩形波导14一端，大矩形波导14的内部固定的是金属组块11与圆柱阵列13，微波功率由wr187矩形法兰1波导端口输入，经由锥变部分实现负载端与wr187矩形法兰1波导匹配，最终功率由圆柱体形成的表面电阻吸收，同时为了增强负载的峰值功率承受能力，全金属负载工作于高真空环境，设计有cf35抽气法兰6与离子泵连接抽真空，在抽气法兰6与负载之间安装一段抽气波导7，保证负载体内部的高真空环境，负载体吸收的微波能量最终会转换成热量，被冷却水带走，wr187矩形法兰1波导转换成负载体的矩形波导中的锥变部分采用的是槽状结构，由多个弯曲带弧顶金属体组成，结构形式为台阶状，将两种不同阻抗的波导匹配起来，金属体做成弧顶为了防止高峰值功率情况下发生打火，负载的吸收结构采用多个圆柱体组成的阵列来实现，圆柱安装在大矩形波导14内部的宽边上，呈对称分布，两个大矩形波导14宽边上的圆柱之间的间距要满足工作带宽要求，圆柱阵列13结构的好处是使负载具有良好的吸收性能，从而保证负载可以在高温和低于10-9pa的真空度下工作，不会发生形变。
30.具体的，金属组块11由若干个金属块12组成，金属块12的形状为台阶状窄边矩形
体。
31.本实施例中：通过金属块12的设置，可以构成金属组块11。
32.具体的，圆柱阵列13由若干个金属圆柱23组成。
33.本实施例中：通过金属圆柱23的设置，可以构成圆柱阵列13。
34.具体的，大矩形波导14的正面固定连接有上水套4，大矩形波导14的背面固定连接有下水套5，上水套4和下水套5之间设置有焊缝15。
35.本实施例中：通过焊缝15的设置，将上水套4和下水套5焊接在一起。
36.具体的，上水套4的内部设置有上水道8，下水套5的内部设置有下水道16。
37.本实施例中：通过上水道8和下水道16的设置，使得上水套4和下水套5内部能够流进冷却水。
38.具体的，上水套4的正面固定连接有第一水管19，下水套5的背面固定连接有第二水管20，第一水管19和第二水管20相互靠近的一端固定连接有三通进口水管17。
39.本实施例中：通过三通进口水管17的设置，将第一水管19和第二水管20连接在一起。
40.具体的，三通进口水管17的一端固定连接有进水管2。
41.本实施例中：通过进水管2的设置，方便冷却水进入。
42.具体的，上水套4的正面固定连接有第三水管21，下水套5的背面固定连接有第四水管22，第三水管21和第四水管22相互靠近的一端固定连接有三通出口水管18。
43.本实施例中：通过三通出口水管18的设置，将第三水管21和第四水管22连接在一起。
44.具体的，三通出口水管18的一端固定连接有出水管3。
45.本实施例中：通过出水管3的设置，方便冷却水流出。
46.本发明的工作原理及使用流程：该一种大功率行波结构全金属干式负载在使用时，微波功率由wr187矩形法兰1波导端口输入，经由锥变部分实现负载端与wr187矩形法兰1波导匹配，最终功率由圆柱体形成的表面电阻吸收，同时为了增强负载的峰值功率承受能力，全金属负载工作于高真空环境，设计有cf35抽气法兰6与离子泵连接抽真空，在抽气法兰6与负载之间安装一段抽气波导7，保证负载体内部的高真空环境，负载体吸收的微波能量最终会转换成热量，被冷却水带走，wr187矩形法兰1波导转换成负载体的矩形波导中的锥变部分采用的是槽状结构，由多个弯曲带弧顶金属体组成，结构形式为台阶状，将两种不同阻抗的波导匹配起来，金属体做成弧顶为了防止高峰值功率情况下发生打火，负载的吸收结构采用多个圆柱体组成的阵列来实现，圆柱安装在大矩形波导14内部的宽边上，呈对称分布，两个大矩形波导14宽边上的圆柱之间的间距要满足工作带宽要求，圆柱阵列13结构的好处是使负载具有良好的吸收性能；冷却水通过进水管2进入流经三通进口水管17被分成两路，一路经过第一水管19流入上水道8，另一路经过第二水管20流入下水道16，经过上水道8与经过下水道16的冷却水又分别通过第三水管21和第四水管22流入三通出口水管18，最后汇集到出水管3流出。
47.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。