一種大功率微波功率檢波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率微波功率檢波器，包括波導(dǎo)、輸入匹配電路、檢波二極管、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺桿組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極管為真空二極管，所述三螺桿組件和同軸低通濾波器固定在波導(dǎo)腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極管與波導(dǎo)腔體相連，另外一端與標(biāo)準(zhǔn)N形接頭相連，所述直流電源與真空二極管的燈絲相連；所述真空二極管的燈絲被預(yù)熱后，微波信號經(jīng)三螺桿組件傳送給真空二極管，在真空二極管的陰極和陽極之間產(chǎn)生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波后，經(jīng)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率微波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大功率微波功率檢波器，適用于強(qiáng)電磁環(huán)境條件下高功率微波峰值功率測量。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高功率微波技術(shù)在高能粒子加速器、等離子加熱、高功率雷達(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用，人們對高功率微波的測量技術(shù)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、單脈沖或者脈沖串、其測量環(huán)境存在強(qiáng)電磁干擾甚至射線干擾等特點(diǎn)，給功率的準(zhǔn)確測量造成困難。
[0003]一種廣泛應(yīng)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(jìn)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(dǎo)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(tǒng)微波功率檢波器受其核心部件晶體二極管功率容量的限制，輸入功率一般要求小于1W，需要接入大量衰減使得測量系統(tǒng)復(fù)雜，并且測量誤差也將增大。傳統(tǒng)微波功率檢波器還受到晶體二極管靈敏度限制，檢波輸出信號較弱，在強(qiáng)電磁輻射和射線環(huán)境下易受干擾，造成測量困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種大功率微波功率檢波器，結(jié)構(gòu)簡單，測量誤差小且不受強(qiáng)電磁輻射和強(qiáng)射線干擾。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種大功率微波功率檢波器，包括波導(dǎo)、輸入匹配電路、檢波二極管、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺桿組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極管為真空二極管，所述三螺桿組件和同軸低通濾波器固定在波導(dǎo)腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極管與波導(dǎo)腔體相連，另外一端與標(biāo)準(zhǔn)N形接頭相連，所述直流電源與真空二極管的燈絲相連；所述真空二極管的燈絲被預(yù)熱后，微波信號經(jīng)三螺桿組件傳送給真空二極管，在真空二極管的陰極和陽極之間產(chǎn)生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波后，經(jīng)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]所述真空二極管置于波導(dǎo)寬邊的中心位置。
[0008]所述同軸低通濾波器包括濾波器內(nèi)導(dǎo)體、濾波器外導(dǎo)體，以及第一和第二爪形套管，所述真空二極管插入至波導(dǎo)腔體的安裝孔內(nèi)，所述第一爪形套管的一端與真空二極管相連，另一端與濾波器內(nèi)導(dǎo)體相連；所述第二爪型套管的一端和濾波器內(nèi)導(dǎo)體連接，其另一端與標(biāo)準(zhǔn)N型接頭的內(nèi)芯相連。
[0009]所述真空二極管和第一爪形套管以及濾波器內(nèi)導(dǎo)體密封在聚四氟乙烯套管內(nèi)，濾波器外導(dǎo)體套設(shè)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(nèi)導(dǎo)體和真空二極管穿入，其一端將真空二極管自帶的墊片壓在波導(dǎo)腔體上。
[0011]所述波導(dǎo)腔體設(shè)置有濾波器安裝凸臺(tái)，所述濾波器外導(dǎo)體通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺(tái)上。
[0012]所述標(biāo)準(zhǔn)N型接頭安裝在在濾波器外導(dǎo)體上，并用銷釘固定。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大功率微波功率檢波器至少具有以下有益效果:傳統(tǒng)微波功率檢波器輸出信號幅度約幾十毫伏量級，本發(fā)明所述的大功率微波功率檢波器基于真空二極管，可以承受較高的輸入功率并產(chǎn)生約幾十伏的輸出信號，較傳統(tǒng)微波功率檢波器提高約30dB，同一外部干擾環(huán)境中其信噪比同樣提高約30dB，顯著增強(qiáng)了本發(fā)明的抗強(qiáng)電磁輻射干擾能力；傳統(tǒng)微波功率檢波器采用晶體二極管作為檢波管，是一種半導(dǎo)體器件受強(qiáng)射線照射易損壞。本發(fā)明的檢波管是真空二極管，是一種電真空器件不受強(qiáng)射線影響；本發(fā)明在波導(dǎo)腔體上設(shè)置有三螺桿組件，調(diào)整螺桿組件伸入波導(dǎo)腔體的長度即可對檢波器的靈敏度進(jìn)行調(diào)整，因此本發(fā)明具有承受功率高、輸出信號幅度大、抗強(qiáng)電磁輻射和強(qiáng)射線干擾能力強(qiáng)、靈敏度可調(diào)的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明大功率微波功率檢波器組成示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明大功率微波功率檢波器工作原理示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明檢波器輸入功率和輸出電壓標(biāo)定曲線。
[0017]圖4是本發(fā)明檢波器機(jī)械結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0018]圖5是本發(fā)明檢波器機(jī)械結(jié)構(gòu)正視圖。
【具體實(shí)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(fā)明給出了一種基于真空二極管的大功率微波功率檢波器，包括波導(dǎo)100(本發(fā)明選擇BJ-100波導(dǎo))、輸入匹配電路200、檢波二極管300、輸出濾波電路400、直流電源等，如圖1所示，所述的檢波二極管300采用真空二極管，置于波導(dǎo)寬邊的中心；所述輸入匹配電路200采用傳三調(diào)諧螺桿組件，置于檢波二極管300前方，通過改變螺桿插入波導(dǎo)深度實(shí)現(xiàn)輸入阻抗的匹配。所述輸出濾波電路400采用同軸低通濾波器，便于與真空二極管連接。所述直流電源與真空二極管燈絲相連，用于燈絲加熱。
[0020]所述大功率微波功率檢波器的工作原理如圖2所示。真空二極管的陰極在被燈絲加熱后處于待發(fā)射狀態(tài)。微波脈沖信號在波導(dǎo)中傳播時(shí)，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，陰極將有電子束發(fā)射，從而在輸出回路中將產(chǎn)生電流I(t)，該電流正比于電場E(t)的值；電流經(jīng)過低通濾波電路后，利用數(shù)字示波器準(zhǔn)確測量其幅值與波形，從而實(shí)現(xiàn)微波功率的檢波。對檢波器的靈敏度進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，便可以實(shí)現(xiàn)微波脈沖峰值功率的準(zhǔn)確測量。所述檢波器靈敏度標(biāo)定是測量其輸入微波功率和輸出電壓的對應(yīng)曲線，一般標(biāo)定方法是大功率微波源接定向耦合器，然后接大功率微波功率檢波器，最后接負(fù)載；功率計(jì)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(yīng)的功率計(jì)和示波器測量值，繪制成輸入微波功率和輸出電壓的對應(yīng)曲線，典型的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)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(nèi)導(dǎo)體12、聚四氟乙烯套管10、濾波器外導(dǎo)體11，以及第一和第二爪形套管9、13。焊裝有墊片6的真空二極管5插入至波導(dǎo)腔體的安裝孔內(nèi)，所述第一爪形套管9的一端與真空二極管5相連，另一端與濾波器內(nèi)導(dǎo)體12相連；所述真空二極管5和第一爪形套管9以及濾波器內(nèi)導(dǎo)體密封在聚四氟乙烯套管10內(nèi)，濾波器外導(dǎo)體套設(shè)在聚四氟乙烯套管10外部。
[0022]波導(dǎo)腔體7的兩端焊裝有前法蘭盤1和后法蘭盤17 ;所述波導(dǎo)腔體上端面和下端面分別焊裝有濾波器安裝凸臺(tái)8和調(diào)諧螺桿組件2?4 ;所述聚四氟乙烯套管10沿濾波器內(nèi)導(dǎo)體12和真空二極管5穿入，其一端將墊片6壓在波導(dǎo)腔體7上。濾波器外導(dǎo)體11通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺(tái)8上，第二爪型套管13的一端和濾波器內(nèi)導(dǎo)體12連接，其另一端與標(biāo)準(zhǔn)N型接頭14的內(nèi)芯相連。標(biāo)準(zhǔn)N型接頭14安裝在在濾波器外導(dǎo)體11上，并用銷釘16和銷釘15固定。
[0023]請繼續(xù)參閱圖4和圖5所示，真空二極管的燈絲和直流電源連接，燈絲預(yù)熱；微波源產(chǎn)生的微波信號經(jīng)輸入匹配電路(調(diào)諧螺桿)傳送給真空二極管，在其陰極和陽極間產(chǎn)生交變電場，在正向電場作用下，受燈絲加熱的陰極表面產(chǎn)生電子飛向陽極形成電流。真空二極管具有遠(yuǎn)高于普通晶體二極管的陽極電壓和電流，可以承受較高的輸入功率并產(chǎn)生較強(qiáng)的電流。該電流由低通濾波器濾波后，經(jīng)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(biāo)定曲線獲得被測微波信號功率大小。
[0024]本發(fā)明安裝使用時(shí):大功率微波功率檢波器通過其波導(dǎo)法蘭盤連接到微波源或天線的輸出端；通過另一側(cè)的波導(dǎo)法蘭盤和微波匹配負(fù)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端口連接。根據(jù)三個(gè)調(diào)諧螺桿組件輸入匹配電路的調(diào)諧特性，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行檢波器輸入特性測試，不斷調(diào)整螺桿插入波導(dǎo)內(nèi)的深度直到測試結(jié)果滿足指標(biāo)要求，以獲得較好的檢波器輸入特性，此時(shí)檢波器靈敏度最佳。
[0025]本發(fā)明使用真空二極管代替晶體二極管作為檢波管，采用三螺桿匹配電路實(shí)現(xiàn)工作頻帶內(nèi)的調(diào)諧和阻抗匹配，并根據(jù)電磁仿真結(jié)果確定最佳的同軸低通濾波器結(jié)構(gòu)。通過檢波器靈敏度定標(biāo)實(shí)驗(yàn)，對其輸入功率和輸出電壓曲線進(jìn)行了測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3所示。
[0026]由標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，相較于傳統(tǒng)晶體管檢波器，本發(fā)明輸入功率容量得到顯著提高(大于6kW)，輸出信號幅度由百毫伏量級提高到數(shù)十伏量級，增強(qiáng)了抗干擾能力。本發(fā)明還針對波導(dǎo)腔體和真空二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)同軸結(jié)構(gòu)低通濾波器，簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使檢波器各部分結(jié)構(gòu)和相對位置關(guān)系規(guī)則、易加工、易裝配，外觀尺寸較小。
[0027]最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:包括波導(dǎo)、輸入匹配電路、檢波二極管、輸出濾波電路，以及直流電源；所述輸入匹配電路為三螺桿組件，所述輸出濾波電路為同軸低通濾波器，所述檢波二極管為真空二極管，所述三螺桿組件和同軸低通濾波器固定在波導(dǎo)腔體上，所述同軸低通濾波器的一端通過真空二極管與波導(dǎo)腔體相連，另外一端與標(biāo)準(zhǔn)N形接頭相連，所述直流電源與真空二極管的燈絲相連；所述真空二極管的燈絲被預(yù)熱后，微波信號經(jīng)三螺桿組件傳送給真空二極管，在真空二極管的陰極和陽極之間產(chǎn)生交變電場，從而形成電流，該電流有同軸低通濾波器濾波后，經(jīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述真空二極管置于波導(dǎo)寬邊的中心位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述同軸低通濾波器包括濾波器內(nèi)導(dǎo)體、濾波器外導(dǎo)體，以及第一和第二爪形套管(9、13)，所述真空二極管(5)插入至波導(dǎo)腔體的安裝孔內(nèi)，所述第一爪形套管(9)的一端與真空二極管(5)相連，另一端與濾波器內(nèi)導(dǎo)體(12)相連；所述第二爪型套管(13)的一端和濾波器內(nèi)導(dǎo)體(12)連接，其另一端與標(biāo)準(zhǔn)N型接頭(14)的內(nèi)芯相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述真空二極管(5)和第一爪形套管(9)以及濾波器內(nèi)導(dǎo)體密封在聚四氟乙烯套管(10)內(nèi)，濾波器外導(dǎo)體套設(shè)在聚四氟乙烯套管(10)外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述聚四氟乙烯套管(10)沿濾波器內(nèi)導(dǎo)體(12)和真空二極管(5)穿入，其一端將真空二極管自帶的墊片(6)壓在波導(dǎo)腔體(7)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項(xiàng)所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述波導(dǎo)腔體設(shè)置有濾波器安裝凸臺(tái)(8)，所述濾波器外導(dǎo)體(11)通過螺釘固定在濾波器安裝凸臺(tái)(8)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一項(xiàng)所述的一種大功率微波功率檢波器，其特征在于:所述標(biāo)準(zhǔn)N型接頭(14)安裝在在濾波器外導(dǎo)體(11)上，并用銷釘固定。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)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(duì)