CN218770024U - 一种大功率行波结构全金属干式负载 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率行波结构全金属干式负载，包括两个水套，两个所述水套之间为相互固定连接，所述水套左侧固定连接有波导，所述波导左侧固定连接有法兰，所述水套外侧边缘靠近左侧处共同贯穿设有入水管，并与其固定连接，所述水套外侧边缘靠近右侧处共同贯穿设有出水管，并与其固定连接，大功率全金属负载的设计要求良好的端口匹配、很小的泄露，大功率工作时不发生打火现象，高连续波功率情况下能够承受高温而不发生形变，大功率负载是微波射频***中非常重要的一个器件。当负载驻波比较高时，会导致反射功率增大损坏功率器件。

Description

一种大功率行波结构全金属干式负载

技术领域

本实用新型涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种大功率行波结构全金属干式负载。

背景技术

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。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种大功率行波结构全金属干式负载。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种大功率行波结构全金属干式负载，包括两个水套，两个所述水套之间为相互固定连接，所述水套左侧固定连接有波导，所述波导左侧固定连接有法兰，所述水套外侧边缘靠近左侧处共同贯穿设有入水管，并与其固定连接，所述水套外侧边缘靠近右侧处共同贯穿设有出水管，并与其固定连接。

进一步的，所述水套右侧固定连接有抽气波导，所述抽气波导右侧固定连接有CF真空端口。

进一步的，所述水套内腔顶部和底部靠近右侧处均固定连接有若干个金属圆柱，所述水套内腔顶部和底部靠近左侧处均固定连接有窄金属块。

进一步的，所述全金属负载的形状精度和平整度为0.01mm，内表面粗糙度Ra低于0.4μm，负载的长度约为1000毫米。

进一步的，所述水套采用分层水冷结构形式，便于生产加工安装，冷却效果好，可以保证全金属负载的外表面温升不高，圆柱段波导的宽边留有足够冗余，保证在大功率工作时不会发生打火现象。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

大功率全金属负载的设计要求良好的端口匹配、很小的泄露，大功率工作时不发生打火现象，高连续波功率情况下能够承受高温而不发生形变；

大功率负载是微波射频***中非常重要的一个器件。当负载驻波比较高时，会导致反射功率增大损坏功率器件。由于南方光源C波段全能量注入器加速结构工作频率有一定的带宽，所以要求负载具有更宽的带宽适应性。加速结构的输入功率在90MW左右，大部分功率用于电子加速，剩余功率约为30MW，全金属负载的作用就是要把剩余的功率全部吸收，并转化成热能用冷却水带走。为了适应宽带工作的需要，大功率全金属干负载要满足一定的带宽要求。另外负载的电压驻波比也是非常重要的一个指标，因为电压驻波比直接决定了负载的反射大小，在工作带宽内电压驻波比越小越好，如果电压驻波比大的话会导致加速器器工作状态受到影响，造成***不稳定。通过对全金属干式负载的尺寸选择、结构的优化设计等，实现负载在工作带宽内满足小于1.1的指标，在5GHz～6GHz范围内都能够良好工作，几乎没有反射。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实施例的立体图；

图2为本实施例的部件水套左视图；

图3为本实施例的部件金属圆柱结构示意图；

图4为本实施例的部件窄金属块结构示意图。

图中：1、水套；2、入水管；3、WR187波导；4、WR187法兰；5、抽气波导；6、CF真空端口；7、金属圆柱；8、窄金属块；9、出水管。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，一种大功率行波结构全金属干式负载，包括两个水套1，两个水套1之间为相互固定连接，水套1左侧固定连接有WR187波导3，WR187波导3左侧固定连接有WR187法兰4，水套1外侧边缘靠近左侧处共同贯穿设有入水管2，并与其固定连接，水套1外侧边缘靠近右侧处共同贯穿设有出水管9，并与其固定连接，水套1右侧固定连接有抽气波导5，抽气波导5右侧固定连接有CF真空端口6，水套1内腔顶部和底部靠近右侧处均固定连接有若干个金属圆柱7，水套1内腔顶部和底部靠近左侧处均固定连接有窄金属块8；

全金属负载的形状精度和平整度要求为0.01mm，内表面粗糙度Ra低于0.4μm，负载的长度约为1000毫米，水套1采用分层水冷结构形式，便于生产加工安装，冷却效果好，可以保证全金属负载的外表面温升不高，圆柱段波导的宽边留有足够冗余，保证在大功率工作时不会发生打火现象；

SS430全金属干式吸收负载设计为可以承受峰值功率>50MW，平均功率>5kW。负载的设计基于使用接近截止频率的规则波导的经典方法。为了实现所需的工作带宽(带宽约1GHz)和合理的负载长度，使负载的中心间隙宽度约为波导宽度的一半，这样可以使负载的截止频率比相同宽度的标准矩形波导的截止频率提高约20％左右。这种方法有很多好处，一、通过增加波导宽度来降低表面电场和磁场的强度，二、保持负载具有足够高的射频损耗。经过优化负载长度为1m，以满足带宽要求，负载越长带宽越宽。为了满足连续波高功率运行，设计了一种特殊的楔形锥度，为一定长度范围内的负载提供恒定的热负荷分布。全金属负载通过特殊锥度连接到标准WR187矩形波导，该锥度在较宽的频率范围内能够实现良好的匹配，负载的匹配部分是温度最高部分。沿焊接接头线性布置温度传感器，五个温度传感器沿隔热套内负载的焊接接合线放置。

工作原理：本装置可用于替代真实负载作为微波功率源***、天线、加速器等的指标验证测试、功率吸收使用。假负载是微波***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。而全金属射频高功率负载不需要陶瓷来做隔离冷却水，也不需要吸波材料，而且能够在150℃以上的高温和低于10-9Pa的真空度下工作不发生形变；

负载体使用SS430不锈钢，水套1使用SS304无磁不锈钢。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。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5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，所以需要设计水冷套将热量用冷却水带走。水套采用并行式散热设计，冷却水由一路水管引入，在进入水套1之前分为两路，分别送进两个并行水套内。冷却水在并行水套的一段进入将热量带走最终经过水套的末端引出，引出之后再合并为一路输出。这样既可使得负载体的冷却更均匀也可以使水路更简单。WR187矩形波导转换成负载体的矩形波导需要锥变过度，以满足良好的匹配。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，圆柱安装在矩形波导的宽边，呈对称分布，两个矩形波导宽边上的圆柱之间的间距要满足工作带宽要求。圆柱阵列结构的好处是使负载具有良好的吸收性能。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种大功率行波结构全金属干式负载，包括两个水套(1)，其特征在于：两个所述水套(1)之间为相互固定连接，所述水套(1)左侧固定连接有波导(3)，所述波导(3)左侧固定连接有法兰(4)，所述水套(1)外侧边缘靠近左侧处共同贯穿设有入水管(2)，并与其固定连接，所述水套(1)外侧边缘靠近右侧处共同贯穿设有出水管(9)，并与其固定连接。

2.如权利要求1所述的一种大功率行波结构全金属干式负载，其特征在于：所述水套(1)右侧固定连接有抽气波导(5)，所述抽气波导(5)右侧固定连接有CF真空端口(6)。

3.如权利要求1所述的一种大功率行波结构全金属干式负载，其特征在于：所述水套(1)内腔顶部和底部靠近右侧处均固定连接有若干个金属圆柱(7)，所述水套(1)内腔顶部和底部靠近左侧处均固定连接有窄金属块(8)。

4.如权利要求1所述的一种大功率行波结构全金属干式负载，其特征在于：所述全金属负载的形状精度和平整度要求为0.01mm，内表面粗糙度Ra低于0.4μm，负载的长度约为1000毫米。

5.如权利要求1所述的一种大功率行波结构全金属干式负载，其特征在于：所述水套(1)采用分层水冷结构形式。

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