一種小型大功率微波取樣式測量頭的製作方法

2023-05-07 05:36:31 1

專利名稱：一種小型大功率微波取樣式測量頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及微波技術領域，特別涉及微波測量儀器。
測量頭是進行微波功率測量時必不可少的元件，它的作用就是把微波功率轉換成可測量的物理量，利用該物理量經換算後指示出微波功率的大小。在平均功率數十瓦直至數十千瓦級的大功率微波系統中，測量功率的測量頭由於要吸收百瓦、千瓦量級的微波功率，因而都使用水負載作為微波的吸收體，而微波功率與可測物理量的轉換基本上可分為兩種方式一種是在現代微波大功率計中所採用的方式，這時的測量頭就是一個水負載，它通過直接測量水負載的水流量與水吸收微波功率後的溫升來計算出微波功率大小。不過現代微波大功率計為了提高測量精度，一般都不進行水流量的測量，而是利用對一個放在水路中的校準電阻進行加熱來替代，只要加熱電阻所引起的水的溫升與微波功率所引起的水的溫升一致，則加在校準電阻上的加熱功率的大小就是微波功率的大小，這時，被測物理量就改變為校準電阻的加熱功率(電壓與電流)和水的溫升，後者是通過熱電偶轉換成溫差電勢來測量的；另一種是在實驗室中偶爾使用的所謂擴展小功率計量程法中所採用的方式，它利用定向耦合器從微波主路中耦合一小部分微波功率(μw至mw量級)出來，用小功率計直接測出該功率的大小，再根據定向耦合器的耦合度換算出主路中的功率。在這裡，微波小功率計的測量頭把微波功率轉換成了可測電信號，而主路中的絕大部分功率另外由水負載吸收，但這時水負載本身不再擔負功率測量的功能而只起吸收微波大功率的作用。
根據上述原理，現代微波大功率計為了進行微波功率測量，除了測量頭外，還應包括有校準電阻及其加熱電源，測溫升用的熱偶堆及放大、指示電路，以及為了保證水的流量和溫升穩定而採用的包括有水泵、水箱，甚至附加散熱器在內的水循環系統，致使微波大功率計的體積龐大，重量笨重，成本也相應提高；而擴展小功率計量程法在進行微波功率測量時，要使用水負載和定向耦合器兩個各自獨立的元件，而且還要使用小功率計，使得該測量系統總的體積、重量和成本仍然相當大，使用起來很不方便，因而這種測量方法只在實驗室中偶爾使用，難以組合成整體的儀器，事實上至今也確實沒有見到有這種類型的微波大功率計產品。
不論是現代微波大功率計中還是擴展小功率計量程法中所使用的都是傳統的水負載，為了保證有足夠的水容量和良好的匹配性能，往往將這種負載的吸收體做成斜劈式的水室(

圖1)或者斜插式水管(圖2)或者錐型水泡(圖3)等等，由於它們在縱向都要求具有半波導波長的若干整數倍長度，因而使水負載總長度較長，重量較重。比如由我國蘇北電子儀器廠生產的GLCD-2型大功率計，其水負載就達310餘毫米長，而GD-9型大功率計的水負載的長度達到800毫米左右。斜劈式水室還存在一個介質板與波導的密封粘接問題，粘接不好極易引起漏水，而玻璃或石英製造的錐型水泡又很容易破碎。
本實用新型的目的是提供一種小型大功率微波取樣式測量頭，使微波大功率計的小型化、可攜式成為可能。
本實用新型的目的是這樣實現的小型大功率微波取樣式測量頭由小型化水負載和耦合機構組成，其中小型化的水負載由按一定規律排列的一系列垂直于波導壁的直插式水管組成，使其總長度比傳統水負載大大縮短，它將吸收絕大部分微波功率轉換成熱量被水帶走；取樣耦合機構是遠比定向耦合器小得多的同軸輸出的探針或耦合環或小孔並與水負載直接結合在同一元件上，它從被測微波系統中耦合很小一部分微波功率即取樣微波功率出來。如圖6所示。
本實用新型是通過把吸收大平均功率微波的水負載與進行功率測量的取樣耦合機構結合在同一元件上，從而使現有微波大功率計中水負載吸收微波的功能和進行微波功率測量的功能分離，由於這時水負載只需承擔吸收微波功率的功能，無需通過對水的流量和溫升進行任何直接的或替代的測量來得到微波功率的大小，因而校準電阻及其加熱電源、熱偶堆及其放大指示電路等不再需要；另外，水負載中水流的大小和自身溫度、水對微波的吸收性能等因素的穩定與否都與功率測量不再有關，因而水的循環系統同樣不再必要，可以方便地直接利用公共供水系統作為水負載的水源；本實用新型測量頭中的水負載將傳統的斜插水管式或斜劈水室式或錐型水泡式等形式改成按一定規律排列的一系列垂直于波導壁的直插式水管，它實質上是將單一的大容量的微波吸收體改換成了小容量吸收體的組合，使水負載的長度比傳統水負載大大縮短，從而實現小型化；而且傳統的水負載水室的微波吸收面都是單純直線形的，本實用新型中水管的排列組合十分靈活，可以是線性排列，如圖4所示，也可以是曲線排列，如圖5所示；水管之間的間距可以是均勻的，如圖4所示，也可以是不均勻的，如圖5所示；同時，水管中水流的流通十分充分，消除了在現有微波大功率計的測量頭中水流的死區，使水的微波功率的吸收效率得到提高，從而進一步可使水負載體積減小。為了改善或調整水負載的匹配性能，可以在水負載輸入埠附近設置調配機構，如調配螺釘、調配膜片，粘(焊)接金屬片或介質片等等。本實用新型測量頭中的取樣耦合機構直接與水負載結合成一體，不再成為單獨一個元件，探針、耦合環或小孔耦合所需的空間也遠比定向耦合器小得多。
由於採用上述方案，就可以得到體積小、重量輕的測量頭。這樣，由於測量頭本身的小型化以及微波吸收功能與功率測量功能的分離，使得微波大平均功率的測量得到極大簡化，省掉了一大批在傳統的微波大功率計中圍繞功率測量而設置的元件，從而使得微波大功率計實現小型化、可攜式成為可能。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是斜劈水室式水負載的示意圖其中1是波導，2是與波導密封的介質平板，3是水；在圖1中，介質平板2與波導的內壁一起共同形成斜劈水室。
圖2是斜插水管式水負載示意圖其中1是波導，3是水，4是斜插式介質水管；圖3是錐型水泡式水負載示意圖其中1是波導，3是水，5是介質錐型水泡；在圖1、圖2和圖3中，水負載總長度較長，體積較大，因而重量也較重。
圖4是水管直線均勻排列的小型化水負載示意圖其中1是波導，6是直插式介質水管，它們垂直于波導窄邊插入；圖5是水管曲線非均勻排列的小型化水負載示意圖其中1是波導，6是直插式介質水管，它們垂直于波導寬邊插入；圖6是小型大功率微波取樣式測量頭的示意圖其中1是波導，6是直插式介質水管，7是調配膜片，8是同軸輸出接頭，9是耦合環；在圖6中，六根直插式介質水管6四分之一周期餘弦曲線均勻分布，耦合機構是耦合環9，調配機構是調配膜片7。
圖7是小型大功率微波取樣式測量頭實施例三視圖(a)正視圖，(b)側視剖面圖，(c)俯視剖面圖；其中1是波導，6是直插式介質水管，8是同軸輸出接頭，9是耦合環，10是波導法蘭，11是水槽，12是水咀，13是密封橡膠圈，14是調配螺釘；在圖7中，三根直插式介質水管6線性均勻分布，耦合機構是耦合環9，調配機構是調配螺釘14。
圖7所示本實用新型實施例的測量頭的長度不足200毫米，重量不足5公斤，與現有的測量頭相比，它的體積和重量大大減小，成本成倍下降。利用這種測量頭，使得微波大功率計的小型化、可攜式成為可能。
權利要求1.一種小型大功率微波取樣式測量頭，其特徵是它由小型化水負載和取樣式耦合機構組成，其中小型化的水負載是由按一定規律排列的一系列垂直于波導壁的直插式水管組成，取樣式耦合機構是同軸輸出的探針、耦合環、小孔，該耦合機構與小型化水負載直接結合在同一元件上。
2.根據權利要求1所述的一種小型大功率微波取樣式測量頭，其特徵是所述的小型化水負載中一系列垂直于波導壁的直插式水管的排列可以是線性排列、也可以是一定規律的曲線排列，水管之間的間距可以是均勻的，也可以是非均勻的。
3.根據權利要求1所述的一種小型大功率微波取樣式測量頭，其特徵是在所述的小型大功率取樣式測量頭的埠設置一個調配機構，調配機構是由調配螺釘組成，也可以是由調配膜片組成，也可以是粘接的金屬片、介質片組成。
專利摘要本實用新型公開了一種小型大功率微波取樣式測量頭,它採用小型化水負載和取樣式耦合機構組成,其中小型化的水負載是由按一定規律排列的一系列垂直于波導壁的直插式水管組成,取樣式耦合機構是同軸輸出的探針、耦合環、小孔,該耦合機構與小型化水負載直接結合在同一元件上。本實用新型具有體積小、重量輕和成本低的特點。由於測量頭中水負載與取樣耦合機構的直接結合,使現有微波大功率計中水負載吸收微波的功能和進行微波功率測量的功能分離,這時的水負載不承擔測量微波功率的功能,因此,現有微波大功率計中圍繞功率測量而設置的一大批元器件不再必要,使得微波大功率計實現小型化、可攜式成為可能。
文檔編號G01N22/00GK2403019SQ0022218
公開日2000年10月25日 申請日期2000年1月25日 優先權日2000年1月25日
發明者王文祥, 張兆鏜, 孫嘉鴻 申請人:電子科技大學