一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载的制作方法

1.本发明涉及微波毫米波技术领域，具体涉及一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载。


背景技术：

2.波导匹配负载是许多微波设备中不可或缺的一部分，主要功能是吸收来自射频信号传输通路的微波能量，改善电路的匹配性能。其广泛应用在微波系统中，是雷达设备、精确制导和微波测试系统中重要的无源器件，同时，还可应用于电真空领域中：在一些高功率互作用电真空器件如行波管、速调管等功率测试和信号采集过程中，起着吸收功率和匹配的重要作用。
3.传统波导匹配负载通常由波导和设置在波导腔内的吸收体组成，其中吸收体主要指具有能有效地吸收入射微波从而使其强度显著衰减的一类功能材料。传统波导匹配负载主要依赖波导腔内的吸收体对微波信号实现渐变式吸收。由于吸收能量会导致吸收体温度升高，其设计是否合理直接关系到负载性能和可靠性。也就是说，吸收体的位置、尺寸、数量以及材料决定了波导匹配负载的微波匹配，如果匹配不佳将严重影响微波性能，尤其是影响电压驻波比。
4.为了获得更好的负载性能和可靠性，吸收体一般会制作成斜劈状，使得电磁波能量逐渐进入有耗材料。为了提高匹配负载性能，传统波导匹配负载在制作时要求吸收体的尺寸足够大且位置相对固定。传统波导匹配负载的吸收体位置相对固定，难于灵活调整，由于渐变式吸收体其吸收效果是缓慢叠加的过程，为了达到理想的吸收效果和带宽，其尺寸设计较大，造成加工成本过高，加工困难，严重影响到波导匹配负载的微波匹配，所以通常无法通过大幅调整吸收体位置和数量来实现较好的匹配效果，而只能通过微调位置及调整吸收体的形状和大小来达到负载匹配。
5.如何对波导匹配负载的吸收体进行有效合理设计，使得在保证微波匹配的基础上，提高其吸收带宽以及吸收效果成为了本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：提供一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载，以解决上述传统的波导匹配负载为了达到理想的吸收效果和带宽，其尺寸设计较大，造成加工成本过高，加工困难的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载，包括矩形波导以及设置在矩形波导内的吸收结构；矩形波导一端设开口，与矩形波导开口相对的另一端为封闭；吸收结构由n个吸收体组成，其中n的取值范围为4≤n≤14，n个吸收体排列成“u”字型或者“v”字型结构，且“u”字型或者“v”字型的开口朝向矩形波导的开口方向。
9.进一步的，所述吸收体为单个小型吸收体，其形状可以是圆柱体，长方体或者球状
体。
10.进一步的，所述吸收体尺寸和位置均可调，通过调整吸收体尺寸和位置，以实现中心频率的移动以及吸收带宽和吸收效果的调整。
11.本发明提出的一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载。是将传统的斜劈状吸收体改变为n个吸收体组成的吸收结构。n个吸收体呈“u”字型或者“v”字型结构排列，且“u”字型或者“v”字型的开口朝向矩形波导的开口方向。使用时，只需根据应用需求，调整吸收体的尺寸、间距以及排列结构，即可实现当前匹配点下最优吸收效果和带宽。
12.与传统的波导匹配负载相比，本发明的综合性能更好，具体体现在以下几方面：
13.1、本结构的波导匹配负载，相对于传统结构下矩形波导长达几百毫米以及吸收体长达几十毫米的情况下，在保证同样的吸收效果和带宽，其吸收结构尺寸可以做到几毫米，所使用的波导可以做到几十毫米甚至十几毫米的长度，体积大大缩小，在降低成本的同时，拓宽了该结构的使用范围，使其非常适合于精密型器件中。
14.2、本发明的波导匹配负载中单个吸收结构在加工时无需考虑位置等问题，更易于加工。使用时，采用n个吸收体呈“u”字型或者“v”字型结构排列，可以根据应用需求设计吸收体进行尺寸，同时通过对吸收体的间距、位置等方面调整，找到最佳匹配点。克服了传统传统波导匹配负载法通过大幅调整吸收体位置和数量来实现较好的匹配效果的问题，灵活性更强。
15.3、在本发明的波导匹配负载，进入波导内的电磁波其入射波随着排列于两侧的吸收体逐渐往中间靠拢，紧凑程度加强，吸收效果不断叠加，而每一侧的吸收体跟波导内壁之间的区域主要为谐振区域，电磁波遇到波导内壁反射后，其反射波在吸收体和波导内壁之间发生微波谐振，反射波不断被吸收体吸收，实现了渐变式式吸收和多层反射式吸收的兼顾，解决了传统波导匹配负载吸收模式过于单一，吸收带宽难以增大的问题，具有重要的科研价值和意义。
16.4、本发明的波导匹配负载，即使在所使用材料自身属性发生变化的情况下，其吸收效果和带宽受到影响极小，同时可以通过改变吸波体的位置、数量、尺寸和排列方式消除材料变化带来的影响，解决了传统结构在材料要求上过于严格的问题，实用性极强。
附图说明
17.图1为传统的斜劈状渐变式波导匹配负载结构示意图；
18.图2为本发明的一种新型大功率小型化宽频带v型波导匹配负载结构示意图；
19.图3为本发明的一种新型大功率小型化宽频带u型波导匹配负载结构；
20.图4为本发明与传统结构的吸收效果对比示意图。
21.附图标记：
[0022]1‑
传统结构使用的矩形波导；2
‑
传统结构所使用的斜劈状渐变式吸收体；3
‑
本发明的圆柱吸收体；4
‑
表示本发明所使用的矩形波导。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024]
参照图2和图3，本发明提出了一种新型大功率小型化宽频带波导匹配负载，包括
矩形波导以及设置在矩形波导内的吸收结构；矩形波导一端设开口，与矩形波导开口相对的另一端为封闭；吸收结构由n个吸收体组成，n个吸收体排列成“u”字型或者“v”字型结构，且“u”字型或者“v”字型的开口朝向矩形波导的开口方向。电磁波从矩形波导开口方向进入矩形波导后，矩形波导内的电磁波，其入射波经过渐变式吸收后，场强得到削减，而后入射波遇到波导内壁形成反射，反射波在吸收体和波导内壁之间形成微波谐振，在谐振的过程中，反射波不断被吸收体吸收，实现了多层反射吸收效果，从而达到了理想的波导匹配。本实施例吸收体排列成“u”字型时选用了6个吸收体，排列成“v”字型时，选用了7个吸收体。
[0025]
图2和图3描述的结构相同，两者唯一的区别在于吸收体的排列方式不同。图2为实施例小型化宽频带波导匹配负载中吸波体v型排列呈现的结构；图3为实施例小型化宽频带波导匹配负载中吸波体u型排列呈现的结构。
[0026]
为更好的阐述本发明的优点，本实施例以应用于6ghz
‑
10ghz波段为例，分别制备了传输传统的斜劈状波导匹配负载和本发明提供的新型大功率小型化宽频带波导匹配负载。
[0027]
传统的斜劈状渐变式波导匹配负载结构如图1所示，应用于6ghz
‑
10ghz波段时，符合使用要求的最低尺寸标准为：斜劈状渐变式吸收体宽度w＝28.5mm，高度h＝0.5mm，长度l＝15mm，矩形波导内部腔体宽度w＝28.5mm，长度y＝37.65mm，高度h＝0.5mm，吸波材料为掺杂碳化硅的氧化铍，其介电常数为12，损耗角正切值为0.3。
[0028]
本实施例提供的新型大功率小型化宽频带波导匹配负载，应用于6ghz
‑
10ghz波段时设计尺寸如下：
[0029]
当吸收体按照图2所示，呈u字形排列时，圆柱吸收体半径分别为r1＝2.00mm，r2＝2.00mm，r3＝1.61mm，r4＝1.21mm，吸收体高度h＝0.5mm，吸波材料为掺杂碳化硅的氧化铍，其介电常数为12，损耗角正切值为0.3，矩形波导内部腔体宽度w＝34.85mm，长度y＝37.65mm，高度h＝0.5mm。当吸收体按照图3的方式呈v字型排列时，所有圆柱吸收体半径为r＝2.16mm，吸收体高度h＝0.5mm，吸波材料的介电常数为12，损耗角正切值为0.3，矩形波导内部腔体宽度w＝28.5mm，长度y＝51mm，高度h＝0.5mm。吸收体呈u字形排列时的波导匹配负载工作的中心频率均为7.5ghz，工作于te
10
模式，带宽为4ghz；吸收体呈v字型排列时的波导匹配负载工作的中心频率均为7.5ghz，工作于te
10
模式，带宽为4ghz。
[0030]
将传统斜劈状渐变式波导匹配负载结构与本发明结构对比，可以发现，在相同的应用频段下，本发明整体尺寸更小。利用三维仿真软件分别传统的斜劈状渐变式波导匹配负载和本实施例提供的波导匹配负载进行电磁分析。如图4所示，对比传统结构，在波导尺寸相同的情况下，其在
‑
20db以下具有更大的带宽特性和更好的吸收效果，而在相同吸收效果下和带宽下，其尺寸相比于传统结构也大大缩小。由此可见，本发明提供的波导匹配负载结构将作为新一代波导匹配负载吸收结构替代传结构实现匹配性能的提升。
[0031]
以上实例仅为方便说明本发明方案，本发明提出的一种新型大功率小型化宽频带波导负载吸收结构设计可用于不同频段的波导匹配负载吸收结构。通过改变本发明方案中所提及的各个参数、使用本发明的结构，均属于本发明所保护的范畴。