一種大功率微波功率檢波器的製造方法

2023-11-11 05:27:12 2

一種大功率微波功率檢波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大功率微波功率檢波器，包括波導、輸入匹配電路、檢波二極體、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺杆組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極體為真空二極體，所述三螺杆組件和同軸低通濾波器固定在波導腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極體與波導腔體相連，另外一端與標準N形接頭相連，所述直流電源與真空二極體的燈絲相連；所述真空二極體的燈絲被預熱後，微波信號經三螺杆組件傳送給真空二極體，在真空二極體的陰極和陽極之間產生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波後，經示波器取樣電阻形成電流通路，由此獲得被測微波信號的功率大小。
【專利說明】一種大功率微波功率檢波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及高功率微波【技術領域】，具體涉及一種大功率微波功率檢波器，適用於強電磁環境條件下高功率微波峰值功率測量。
【背景技術】
[0002]隨著高功率微波技術在高能粒子加速器、等離子加熱、高功率雷達等領域的應用，人們對高功率微波的測量技術提出了越來越高的要求。然而，高功率微波通常具有峰值功率高、脈寬較短、單脈衝或者脈衝串、其測量環境存在強電磁幹擾甚至射線幹擾等特點，給功率的準確測量造成困難。
[0003]一種廣泛應用的高功率微波測量手段是將高功率首先衰減到中功率或低功率進行直接測量。這種高功率微波測量裝置通常由微波定向耦合器(例如波導型定向耦合器)或衰減器和微波功率檢波器組成。檢波器輸出電平將直接反映輸入微波功率大小的變化，參照檢波器輸出電平與輸入信號功率曲線，即可獲得被測微波信號的功率。然而，傳統微波功率檢波器受其核心部件晶體二極體功率容量的限制，輸入功率一般要求小於1W，需要接入大量衰減使得測量系統複雜，並且測量誤差也將增大。傳統微波功率檢波器還受到晶體二極體靈敏度限制，檢波輸出信號較弱，在強電磁輻射和射線環境下易受幹擾，造成測量困難。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種大功率微波功率檢波器，結構簡單，測量誤差小且不受強電磁輻射和強射線幹擾。
[0005]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0006]一種大功率微波功率檢波器，包括波導、輸入匹配電路、檢波二極體、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺杆組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極體為真空二極體，所述三螺杆組件和同軸低通濾波器固定在波導腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極體與波導腔體相連，另外一端與標準N形接頭相連，所述直流電源與真空二極體的燈絲相連；所述真空二極體的燈絲被預熱後，微波信號經三螺杆組件傳送給真空二極體，在真空二極體的陰極和陽極之間產生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波後，經示波器取樣電阻形成電流通路，由此獲得被測微波信號的功率大小。
[0007]所述真空二極體置于波導寬邊的中心位置。
[0008]所述同軸低通濾波器包括濾波器內導體、濾波器外導體，以及第一和第二爪形套管，所述真空二極體插入至波導腔體的安裝孔內，所述第一爪形套管的一端與真空二極體相連，另一端與濾波器內導體相連；所述第二爪型套管的一端和濾波器內導體連接，其另一端與標準N型接頭的內芯相連。
[0009]所述真空二極體和第一爪形套管以及濾波器內導體密封在聚四氟乙烯套管內，濾波器外導體套設在聚四氟乙烯套管外部。
[0010]所述聚四氟乙烯套管沿濾波器內導體和真空二極體穿入，其一端將真空二極體自帶的墊片壓在波導腔體上。
[0011]所述波導腔體設置有濾波器安裝凸臺，所述濾波器外導體通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺上。
[0012]所述標準N型接頭安裝在在濾波器外導體上，並用銷釘固定。
[0013]與現有技術相比，本發明大功率微波功率檢波器至少具有以下有益效果:傳統微波功率檢波器輸出信號幅度約幾十毫伏量級，本發明所述的大功率微波功率檢波器基於真空二極體，可以承受較高的輸入功率並產生約幾十伏的輸出信號，較傳統微波功率檢波器提高約30dB，同一外部幹擾環境中其信噪比同樣提高約30dB，顯著增強了本發明的抗強電磁輻射幹擾能力；傳統微波功率檢波器採用晶體二極體作為檢波管，是一種半導體器件受強射線照射易損壞。本發明的檢波管是真空二極體，是一種電真空器件不受強射線影響；本發明在波導腔體上設置有三螺杆組件，調整螺杆組件伸入波導腔體的長度即可對檢波器的靈敏度進行調整，因此本發明具有承受功率高、輸出信號幅度大、抗強電磁輻射和強射線幹擾能力強、靈敏度可調的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明大功率微波功率檢波器組成示意圖。
[0015]圖2是本發明大功率微波功率檢波器工作原理示意圖。
[0016]圖3是本發明檢波器輸入功率和輸出電壓標定曲線。
[0017]圖4是本發明檢波器機械結構側視圖。
[0018]圖5是本發明檢波器機械結構正視圖。
【具體實施方式】
[0019]為了提高微波功率檢波器的輸入功率容量和輸出電壓，本發明給出了一種基於真空二極體的大功率微波功率檢波器，包括波導100(本發明選擇BJ-100波導)、輸入匹配電路200、檢波二極體300、輸出濾波電路400、直流電源等，如圖1所示，所述的檢波二極體300採用真空二極體，置于波導寬邊的中心；所述輸入匹配電路200採用傳三調諧螺杆組件，置於檢波二極體300前方，通過改變螺杆插入波導深度實現輸入阻抗的匹配。所述輸出濾波電路400採用同軸低通濾波器，便於與真空二極體連接。所述直流電源與真空二極體燈絲相連，用於燈絲加熱。
[0020]所述大功率微波功率檢波器的工作原理如圖2所示。真空二極體的陰極在被燈絲加熱後處於待發射狀態。微波脈衝信號在波導中傳播時，建立交變電場E(t)。該電場作用在陰極和陽極上，在正向電場的作用下，陰極將有電子束髮射，從而在輸出迴路中將產生電流I(t)，該電流正比於電場E(t)的值；電流經過低通濾波電路後，利用數字示波器準確測量其幅值與波形，從而實現微波功率的檢波。對檢波器的靈敏度進行準確標定，便可以實現微波脈衝峰值功率的準確測量。所述檢波器靈敏度標定是測量其輸入微波功率和輸出電壓的對應曲線，一般標定方法是大功率微波源接定向耦合器，然後接大功率微波功率檢波器，最後接負載；功率計接定向耦合器的正向耦合端，示波器接大功率微波功率檢波器的輸出端，逐步增加微波源的輸出功率，分別記錄對應的功率計和示波器測量值，繪製成輸入微波功率和輸出電壓的對應曲線，典型的實驗標定結果見圖3。
[0021 ] 請參閱圖4和圖5所示，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，包括濾波器內導體12、聚四氟乙烯套管10、濾波器外導體11，以及第一和第二爪形套管9、13。焊裝有墊片6的真空二極體5插入至波導腔體的安裝孔內，所述第一爪形套管9的一端與真空二極體5相連，另一端與濾波器內導體12相連；所述真空二極體5和第一爪形套管9以及濾波器內導體密封在聚四氟乙烯套管10內，濾波器外導體套設在聚四氟乙烯套管10外部。
[0022]波導腔體7的兩端焊裝有前法蘭盤1和後法蘭盤17 ;所述波導腔體上端面和下端面分別焊裝有濾波器安裝凸臺8和調諧螺杆組件2?4 ;所述聚四氟乙烯套管10沿濾波器內導體12和真空二極體5穿入，其一端將墊片6壓在波導腔體7上。濾波器外導體11通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺8上，第二爪型套管13的一端和濾波器內導體12連接，其另一端與標準N型接頭14的內芯相連。標準N型接頭14安裝在在濾波器外導體11上，並用銷釘16和銷釘15固定。
[0023]請繼續參閱圖4和圖5所示，真空二極體的燈絲和直流電源連接，燈絲預熱；微波源產生的微波信號經輸入匹配電路(調諧螺杆)傳送給真空二極體，在其陰極和陽極間產生交變電場，在正向電場作用下，受燈絲加熱的陰極表面產生電子飛向陽極形成電流。真空二極體具有遠高於普通晶體二極體的陽極電壓和電流，可以承受較高的輸入功率並產生較強的電流。該電流由低通濾波器濾波後，經示波器取樣電阻形成電流通路，其電流大小與輸入微波功率成正比，即可參照檢波器輸入功率和輸出電壓標定曲線獲得被測微波信號功率大小。
[0024]本發明安裝使用時:大功率微波功率檢波器通過其波導法蘭盤連接到微波源或天線的輸出端；通過另一側的波導法蘭盤和微波匹配負載連接；通過同軸電纜將檢波器的N型接頭和示波器的輸入埠連接。根據三個調諧螺杆組件輸入匹配電路的調諧特性，利用網絡分析儀進行檢波器輸入特性測試，不斷調整螺杆插入波導內的深度直到測試結果滿足指標要求，以獲得較好的檢波器輸入特性，此時檢波器靈敏度最佳。
[0025]本發明使用真空二極體代替晶體二極體作為檢波管，採用三螺杆匹配電路實現工作頻帶內的調諧和阻抗匹配，並根據電磁仿真結果確定最佳的同軸低通濾波器結構。通過檢波器靈敏度定標實驗，對其輸入功率和輸出電壓曲線進行了測量，實驗結果見圖3所示。
[0026]由標定實驗結果可以看出，相較於傳統電晶體檢波器，本發明輸入功率容量得到顯著提高(大於6kW)，輸出信號幅度由百毫伏量級提高到數十伏量級，增強了抗幹擾能力。本發明還針對波導腔體和真空二極體的結構特點，設計同軸結構低通濾波器，簡化機械結構設計，使檢波器各部分結構和相對位置關係規則、易加工、易裝配，外觀尺寸較小。
[0027]最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:包括波導、輸入匹配電路、檢波二極體、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺杆組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極體為真空二極體，所述三螺杆組件和同軸低通濾波器固定在波導腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極體與波導腔體相連，另外一端與標準N形接頭相連，所述直流電源與真空二極體的燈絲相連；所述真空二極體的燈絲被預熱後，微波信號經三螺杆組件傳送給真空二極體，在真空二極體的陰極和陽極之間產生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波後，經示波器取樣電阻形成電流通路，由此獲得被測微波信號的功率大小。
2.根據權利要求1所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述真空二極體置于波導寬邊的中心位置。
3.根據權利要求1所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述同軸低通濾波器包括濾波器內導體、濾波器外導體，以及第一和第二爪形套管(9、13)，所述真空二極體(5)插入至波導腔體的安裝孔內，所述第一爪形套管(9)的一端與真空二極體(5)相連，另一端與濾波器內導體(12)相連；所述第二爪型套管(13)的一端和濾波器內導體(12)連接，其另一端與標準N型接頭(14)的內芯相連。
4.根據權利要求3所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述真空二極體(5)和第一爪形套管(9)以及濾波器內導體密封在聚四氟乙烯套管(10)內，濾波器外導體套設在聚四氟乙烯套管(10)外部。
5.根據權利要求4所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述聚四氟乙烯套管(10)沿濾波器內導體(12)和真空二極體(5)穿入，其一端將真空二極體自帶的墊片(6)壓在波導腔體(7)上。
6.根據權利要求3至5中任意一項所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述波導腔體設置有濾波器安裝凸臺(8)，所述濾波器外導體(11)通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺(8)上。
7.根據權利要求3至5中任意一項所述的一種大功率微波功率檢波器，其特徵在於:所述標準N型接頭(14)安裝在在濾波器外導體(11)上，並用銷釘固定。
【文檔編號】G01R21/133GK103698597SQ201310739838
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】曾紅錦, 閆軍凱, 吳曉龍, 劉小龍 申請人:中國人民解放軍63655部隊