CN2403019Y - 一种小型大功率微波取样式测量头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型大功率微波取样式测量头,它采用小型化水负载和取样式耦合机构组成,其中小型化的水负载是由按一定规律排列的一系列垂直于波导壁的直插式水管组成,取样式耦合机构是同轴输出的探针、耦合环、小孔,该耦合机构与小型化水负载直接结合在同一元件上。本实用新型具有体积小、重量轻和成本低的特点。由于测量头中水负载与取样耦合机构的直接结合,使现有微波大功率计中水负载吸收微波的功能和进行微波功率测量的功能分离,这时的水负载不承担测量微波功率的功能,因此,现有微波大功率计中围绕功率测量而设置的一大批元器件不再必要,使得微波大功率计实现小型化、便携式成为可能。

Description

一种小型大功率微波取样式测量头

本实用新型涉及微波技术领域，特别涉及微波测量仪器。

测量头是进行微波功率测量时必不可少的元件，它的作用就是把微波功率转换成可测量的物理量，利用该物理量经换算后指示出微波功率的大小。在平均功率数十瓦直至数十千瓦级的大功率微波系统中，测量功率的测量头由于要吸收百瓦、千瓦量级的微波功率，因而都使用水负载作为微波的吸收体，而微波功率与可测物理量的转换基本上可分为两种方式：一种是在现代微波大功率计中所采用的方式，这时的测量头就是一个水负载，它通过直接测量水负载的水流量与水吸收微波功率后的温升来计算出微波功率大小。不过现代微波大功率计为了提高测量精度，一般都不进行水流量的测量，而是利用对一个放在水路中的校准电阻进行加热来替代，只要加热电阻所引起的水的温升与微波功率所引起的水的温升一致，则加在校准电阻上的加热功率的大小就是微波功率的大小，这时，被测物理量就改变为校准电阻的加热功率(电压与电流)和水的温升，后者是通过热电偶转换成温差电势来测量的；另一种是在实验室中偶尔使用的所谓扩展小功率计量程法中所采用的方式，它利用定向耦合器从微波主路中耦合一小部分微波功率(μw至mw量级)出来，用小功率计直接测出该功率的大小，再根据定向耦合器的耦合度换算出主路中的功率。在这里，微波小功率计的测量头把微波功率转换成了可测电信号，而主路中的绝大部分功率另外由水负载吸收，但这时水负载本身不再担负功率测量的功能而只起吸收微波大功率的作用。

根据上述原理，现代微波大功率计为了进行微波功率测量，除了测量头外，还应包括有校准电阻及其加热电源，测温升用的热偶堆及放大、指示电路，以及为了保证水的流量和温升稳定而采用的包括有水泵、水箱，甚至附加散热器在内的水循环系统，致使微波大功率计的体积庞大，重量笨重，成本也相应提高；而扩展小功率计量程法在进行微波功率测量时，要使用水负载和定向耦合器两个各自独立的元件，而且还要使用小功率计，使得该测量系统总的体积、重量和成本仍然相当大，使用起来很不方便，因而这种测量方法只在实验室中偶尔使用，难以组合成整体的仪器，事实上至今也确实没有见到有这种类型的微波大功率计产品。

不论是现代微波大功率计中还是扩展小功率计量程法中所使用的都是传统的水负载，为了保证有足够的水容量和良好的匹配性能，往往将这种负载的吸收体做成斜劈式的水室(图1)或者斜插式水管(图2)或者锥型水泡(图3)等等，由于它们在纵向都要求具有半波导波长的若干整数倍长度，因而使水负载总长度较长，重量较重。比如由我国苏北电子仪器厂生产的GLCD-2型大功率计，其水负载就达310余毫米长，而GD-9型大功率计的水负载的长度达到800毫米左右。斜劈式水室还存在一个介质板与波导的密封粘接问题，粘接不好极易引起漏水，而玻璃或石英制造的锥型水泡又很容易破碎。

本实用新型的目的是提供一种小型大功率微波取样式测量头，使微波大功率计的小型化、便携式成为可能。

本实用新型的目的是这样实现的：小型大功率微波取样式测量头由小型化水负载和耦合机构组成，其中小型化的水负载由按一定规律排列的一系列垂直于波导壁的直插式水管组成，使其总长度比传统水负载大大缩短，它将吸收绝大部分微波功率转换成热量被水带走；取样耦合机构是远比定向耦合器小得多的同轴输出的探针或耦合环或小孔并与水负载直接结合在同一元件上，它从被测微波系统中耦合很小一部分微波功率即取样微波功率出来。如图6所示。

本实用新型是通过把吸收大平均功率微波的水负载与进行功率测量的取样耦合机构结合在同一元件上，从而使现有微波大功率计中水负载吸收微波的功能和进行微波功率测量的功能分离，由于这时水负载只需承担吸收微波功率的功能，无需通过对水的流量和温升进行任何直接的或替代的测量来得到微波功率的大小，因而校准电阻及其加热电源、热偶堆及其放大指示电路等不再需要；另外，水负载中水流的大小和自身温度、水对微波的吸收性能等因素的稳定与否都与功率测量不再有关，因而水的循环系统同样不再必要，可以方便地直接利用公共供水系统作为水负载的水源；本实用新型测量头中的水负载将传统的斜插水管式或斜劈水室式或锥型水泡式等形式改成按一定规律排列的一系列垂直于波导壁的直插式水管，它实质上是将单一的大容量的微波吸收体改换成了小容量吸收体的组合，使水负载的长度比传统水负载大大缩短，从而实现小型化；而且传统的水负载水室的微波吸收面都是单纯直线形的，本实用新型中水管的排列组合十分灵活，可以是线性排列，如图4所示，也可以是曲线排列，如图5所示；水管之间的间距可以是均匀的，如图4所示，也可以是不均匀的，如图5所示；同时，水管中水流的流通十分充分，消除了在现有微波大功率计的测量头中水流的死区，使水的微波功率的吸收效率得到提高，从而进一步可使水负载体积减小。为了改善或调整水负载的匹配性能，可以在水负载输入端口附近设置调配机构，如调配螺钉、调配膜片，粘(焊)接金属片或介质片等等。本实用新型测量头中的取样耦合机构直接与水负载结合成一体，不再成为单独一个元件，探针、耦合环或小孔耦合所需的空间也远比定向耦合器小得多。

由于采用上述方案，就可以得到体积小、重量轻的测量头。这样，由于测量头本身的小型化以及微波吸收功能与功率测量功能的分离，使得微波大平均功率的测量得到极大简化，省掉了一大批在传统的微波大功率计中围绕功率测量而设置的元件，从而使得微波大功率计实现小型化、便携式成为可能。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是斜劈水室式水负载的示意图

其中：1是波导，2是与波导密封的介质平板，3是水；

在图1中，介质平板2与波导的内壁一起共同形成斜劈水室。

图2是斜插水管式水负载示意图

其中：1是波导，3是水，4是斜插式介质水管；

图3是锥型水泡式水负载示意图

其中：1是波导，3是水，5是介质锥型水泡；

在图1、图2和图3中，水负载总长度较长，体积较大，因而重量也较重。

图4是水管直线均匀排列的小型化水负载示意图

其中：1是波导，6是直插式介质水管，它们垂直于波导窄边插入；

图5是水管曲线非均匀排列的小型化水负载示意图

其中：1是波导，6是直插式介质水管，它们垂直于波导宽边插入；

图6是小型大功率微波取样式测量头的示意图

其中：1是波导，6是直插式介质水管，7是调配膜片，8是同轴输出接头，9是耦合环；

在图6中，六根直插式介质水管6四分之一周期余弦曲线均匀分布，耦合机构是耦合环9，调配机构是调配膜片7。

图7是小型大功率微波取样式测量头实施例三视图

(a)正视图，(b)侧视剖面图，(c)俯视剖面图；

其中：1是波导，6是直插式介质水管，8是同轴输出接头，9是耦合环，10是波导法兰，11是水槽，12是水咀，13是密封橡胶圈，14是调配螺钉；

在图7中，三根直插式介质水管6线性均匀分布，耦合机构是耦合环9，调配机构是调配螺钉14。

图7所示本实用新型实施例的测量头的长度不足200毫米，重量不足5公斤，与现有的测量头相比，它的体积和重量大大减小，成本成倍下降。利用这种测量头，使得微波大功率计的小型化、便携式成为可能。

Claims (3)

1.一种小型大功率微波取样式测量头，其特征是：它由小型化水负载和取样式耦合机构组成，其中小型化的水负载是由按一定规律排列的一系列垂直于波导壁的直插式水管组成，取样式耦合机构是同轴输出的探针、耦合环、小孔，该耦合机构与小型化水负载直接结合在同一元件上。

2.根据权利要求1所述的一种小型大功率微波取样式测量头，其特征是所述的小型化水负载中一系列垂直于波导壁的直插式水管的排列可以是线性排列、也可以是一定规律的曲线排列，水管之间的间距可以是均匀的，也可以是非均匀的。

3.根据权利要求1所述的一种小型大功率微波取样式测量头，其特征是在所述的小型大功率取样式测量头的端口设置一个调配机构，调配机构是由调配螺钉组成，也可以是由调配膜片组成，也可以是粘接的金属片、介质片组成。

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