過渡波導(dǎo)及用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波傳輸以及托卡馬克裝置的低雜波天線測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)與無法蘭的非標(biāo)波導(dǎo)之間的連接的過渡波導(dǎo)，本發(fā)明還涉及包括上述過渡波導(dǎo)的用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件。
【背景技術(shù)】
[0002]托卡馬克裝置利用歐姆線圈的感應(yīng)來維持等離子體電流和進(jìn)行等離子體歐姆加熱。低雜波加熱和電流驅(qū)動(dòng)是托卡馬克裝置實(shí)驗(yàn)研究中一種重要的加熱和電流驅(qū)動(dòng)手段，發(fā)射天線是其重要的組成部分。
[0003]當(dāng)前，國(guó)際上低雜波系統(tǒng)發(fā)射天線的研究主要集中到以建立在PAM (Passive-Active Multi junct1n，有一無源間隔多結(jié)波導(dǎo)陣列天線)這個(gè)概念為基礎(chǔ)上的第三代的低雜波天線的研究與設(shè)計(jì)，以這一概念基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)的新一代低雜波天線一般由若干不同相位的子波導(dǎo)發(fā)射口組成，以形成合適的發(fā)射波譜，其中各個(gè)子波導(dǎo)發(fā)射口一般由一個(gè)或者多個(gè)主波導(dǎo)功分形成。由于加工中種種不確定因素的存在，必須對(duì)加工好的低雜波天線進(jìn)行微波低功率測(cè)試(即冷測(cè)試，一般在毫瓦量級(jí)，天線的工作功率在兆瓦量級(jí))，以確定其實(shí)際波譜。此種天線的天線口子波導(dǎo)為柵格結(jié)構(gòu)，因?yàn)槌叽缗c標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)不匹配，對(duì)其的微波測(cè)量必須使用特定的非標(biāo)組件，因此測(cè)量工具必須定制，同時(shí)由于天線口子波導(dǎo)上不能設(shè)置法蘭盤，使得天線子波導(dǎo)與測(cè)量設(shè)備的連接存在困難。
[0004]測(cè)量工具可以使用帶有法蘭盤的過渡波導(dǎo)來連接一個(gè)天線口子波導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)在同一個(gè)主波導(dǎo)功分形成的其它子波導(dǎo)處設(shè)置匹配負(fù)載以完成測(cè)量。為了減小工具引入的誤差，要求過渡波導(dǎo)和匹配負(fù)載的駐波比參數(shù)很好。目前最常用的過渡波導(dǎo)是階梯漸變波導(dǎo)，而在階梯漸變過渡波導(dǎo)的設(shè)計(jì)過程中，為了獲得較好的駐波比參數(shù)，必須解決波導(dǎo)變換造成的微波特性變化的問題，這就需要降低過渡波導(dǎo)的插入損耗，提高階梯漸變波導(dǎo)的傳輸率，設(shè)計(jì)時(shí)需要通過模擬方法不斷的嘗試，由于階梯過渡波導(dǎo)涉及的變量較多，設(shè)計(jì)工作耗時(shí)耗力，進(jìn)而影響測(cè)量工具的研制進(jìn)程。且由于上述種種原因，很難做出引入誤差較小的過渡波導(dǎo)及其測(cè)量工具。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中由于階梯過渡波導(dǎo)涉及的變量較多造成的測(cè)量工具的設(shè)計(jì)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力且很難有效降低工具引入的誤差的問題，進(jìn)而提供一種能夠有效降低工具引入誤差且設(shè)計(jì)時(shí)間和難度大大降低的過渡波導(dǎo)，本發(fā)明還提供包括該過渡波導(dǎo)的用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件。
[0006]針對(duì)上述技術(shù)問題，具體技術(shù)方案如下:
[0007]用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)與無法蘭的非標(biāo)波導(dǎo)之間的連接的過渡波導(dǎo)，所述過渡波導(dǎo)采用階梯結(jié)構(gòu)，其中，第一階梯能夠插入所述非標(biāo)波導(dǎo)的內(nèi)部并與該非標(biāo)波導(dǎo)內(nèi)表面緊密貼合，第二階梯的橫截面尺寸與所述非標(biāo)波導(dǎo)的橫截面尺寸相同，最后一級(jí)階梯的尺寸和所述標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)尺寸相同，并附有標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤。
[0008]優(yōu)選地，所述第一階梯長(zhǎng)度為二分之一導(dǎo)波波長(zhǎng)。
[0009]優(yōu)選地，所述階梯結(jié)構(gòu)中的每級(jí)階梯的橫截面均成矩形，所述第二階梯至所述最后一級(jí)階梯的橫截面的長(zhǎng)度相同，寬度逐級(jí)遞增，并在所述過渡波導(dǎo)的兩側(cè)對(duì)稱形成階梯狀。
[0010]優(yōu)選地，所述階梯結(jié)構(gòu)還包括第三階梯，所述第三階梯的橫截面的寬度為所述第二階梯的橫截面的寬度的兩倍。
[0011]優(yōu)選地，所述階梯結(jié)構(gòu)還包括第四階梯和第五階梯，所述第五階梯為所述最后一級(jí)階梯。
[0012]優(yōu)選地，所述第四階梯的長(zhǎng)度為二分之一導(dǎo)波波長(zhǎng)。
[0013]本發(fā)明還提供包括所述過渡波導(dǎo)的用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件，所述非標(biāo)波導(dǎo)為所述低雜波天線的子波導(dǎo)，所述冷測(cè)試組件還包括低功率匹配負(fù)載，所述低功率匹配負(fù)載的數(shù)量不少于由一個(gè)天線主波導(dǎo)功分形成的所述子波導(dǎo)的個(gè)數(shù)。
[0014]優(yōu)選地，所述低功率匹配負(fù)載采用磷化羰基鐵粉和環(huán)氧樹脂材料混合制成。
[0015]優(yōu)選地，所述低功率匹配負(fù)載的前端為三角形形狀，中間部位為方形形狀，尾端有金屬手柄，在所述低功率匹配負(fù)載的最外層包有金屬襯甲，所述金屬手柄和所述金屬襯甲連接在一起，且所述中間部位能夠和所述低雜波天線的子波導(dǎo)的內(nèi)表面緊密貼合，所述中間部位長(zhǎng)度不小于20mm，所述前端和所述中間部位兩部分總長(zhǎng)度不大于80mm。
[0016]優(yōu)選地，所述低雜波天線為3.7GHz低雜波天線，該3.7GHz低雜波天線的子波導(dǎo)的尺寸為8.8mmX72.14mm，所述第一階梯橫截面的尺寸為4.8mmX68.14mm，壁厚為2mm，長(zhǎng)度為47.9mm,所述第二階梯的橫截面尺寸為8.8mmX72.14mm,壁厚為2mm，長(zhǎng)度為10mm ;所述第三階梯的橫截面的尺寸為17.6mmX72.14mm，壁厚為2mm，長(zhǎng)度為71.7mm，所述第四階梯的橫截面的尺寸為24.6mmX72.14mm，壁厚為2mm，長(zhǎng)度為49mm，第五級(jí)尺寸為BJ32標(biāo)準(zhǔn)波
B
寸ο
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:
[0018]本發(fā)明的過渡波導(dǎo)的第一階梯能夠與非標(biāo)波導(dǎo)(例如天線子波導(dǎo))內(nèi)表面緊密貼合，第二階梯的橫截面尺寸與非標(biāo)波導(dǎo)(例如天線的子波導(dǎo))的截面尺寸相同，從而形成包括非標(biāo)波導(dǎo)(例如天線子波導(dǎo))在內(nèi)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，此種對(duì)稱結(jié)構(gòu)兩端為同尺寸波導(dǎo)，中間為不同尺寸波導(dǎo)，等效為半波長(zhǎng)介質(zhì)窗口，所以從非標(biāo)波導(dǎo)(天線子波導(dǎo))發(fā)射的微波傳輸?shù)降诙A梯內(nèi)時(shí)，不存在微波不匹配現(xiàn)象，即插入損耗與反射都很小，從而第一階梯和第二階梯的對(duì)整個(gè)過渡波導(dǎo)微波傳輸特性幾乎沒有影響，從而這種結(jié)構(gòu)下，在解決了過渡波導(dǎo)與無法蘭盤的非標(biāo)波導(dǎo)的連接問題的同時(shí)，不僅能夠有效降低整個(gè)測(cè)試組件的工具引入誤差，且由于第一階梯和第二階梯的尺寸可以根據(jù)被測(cè)天線的尺寸確定，同時(shí)第二階梯的長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際需要隨意確定，使得采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的天線冷測(cè)試組件的設(shè)計(jì)時(shí)間和難度也大大降低。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的過渡波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的過渡波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例的微波設(shè)計(jì)模型圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件中的低功率匹配負(fù)載的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明的用于托卡馬克裝置的低雜波天線的冷測(cè)試組件的使用狀態(tài)示意圖；
[0023]圖中:
[0024]I過渡波導(dǎo)、11第一階梯、12第二階梯、13第三階梯、14第四階梯、15第五階梯、2低功率匹配負(fù)載、21低功率匹配負(fù)載的前端、22低功率匹配負(fù)載的中間部位、23金屬手柄、3子波導(dǎo)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步進(jìn)行說明。
[0026]參見附圖1，本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)與無法蘭的非標(biāo)波導(dǎo)之間的連接的過渡波導(dǎo)I采用階梯結(jié)構(gòu)，其中，第一階梯11能夠插入非標(biāo)波導(dǎo)，例如，低雜波天線的子波導(dǎo)3，的內(nèi)部并與非標(biāo)波導(dǎo)內(nèi)表面緊密貼合，第二階梯12的橫截面尺寸與該非標(biāo)波導(dǎo)的截面尺寸相同，最后一級(jí)階梯的尺寸和標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)尺寸相同，并附有標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤。
[0027]本發(fā)明的過渡波導(dǎo)通過第一階梯11、第二階梯12的設(shè)置，解決了無法蘭盤的非標(biāo)波導(dǎo)與過渡波導(dǎo)I的連接問題，且?guī)缀醪粚?duì)微波傳輸特性產(chǎn)生影響，從而方便后續(xù)用于過渡的各級(jí)階梯的設(shè)計(jì)。
[0028]過渡波導(dǎo)I的各級(jí)階梯的尺寸，包括長(zhǎng)度、橫截面尺寸(例如，對(duì)于矩形橫截面，橫截面尺寸包括橫截面的寬度、橫截面的長(zhǎng)度)，都會(huì)對(duì)冷測(cè)試組件的工具引入誤差產(chǎn)生影響，本發(fā)明的過渡波導(dǎo)通過對(duì)各級(jí)階梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將各級(jí)階梯對(duì)微波傳輸特性的影響降到最低，從而降低過渡波導(dǎo)作為天線冷測(cè)試組件的工具引入誤差，除了將包括非標(biāo)波導(dǎo)在內(nèi)的前三級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)以對(duì)進(jìn)入過渡波導(dǎo)的微波進(jìn)行還原外，下述結(jié)構(gòu)也能減少對(duì)應(yīng)各級(jí)的插入損耗，提尚各級(jí)的傳輸特性:
[0029]將階梯結(jié)構(gòu)中的每級(jí)階梯的橫截面均設(shè)置成矩形，第二階梯12至最后一級(jí)階梯的橫截面的長(zhǎng)