论文部分内容阅读
摘要：对某S波段引进雷达微波负载的应用进行研究。该雷达采用的微波负载包括干负载和水负载，耗散的微波平均功率从瓦到千瓦级。微波负载应用技术成熟，具有代表性，分析其工作原理、工作特性，可为国产雷达微波负载的研制和应用提供参考。
关键词：负载；微波；平均功率
Keywords： load；microwave；mean power
0 引言
雷达微波负载广泛应用于雷达天馈系统，一般作为雷达天馈系统微波信号传输通道的匹配负载，是雷达的重要组成部分。近年来随着雷达微波技术的发展，雷达微波负载的种类逐渐增多，其耗散的平均功率可从瓦到千瓦级。在雷达系统中，微波负载性能的好坏直接影响雷达的性能，是雷达工作、检测、维修过程中需关注的重点器件。
某S波段引进雷达是目前国际上先进的雷达之一，对该型雷达微波负载设计原理和应用进行分析将对国产微波负载的开发和应用起到借鉴作用。
1 波导小功率匹配负载
这是一种矩形波导小功率匹配负载，它是内置有吸收片的终端短路的一段波导，用于主波束防护信号通道终端。这种匹配负载几乎能无反射地吸收入射波的全部功率。吸收片与矩形波导中TE10模的电场力线平行，TE10波的电场沿波导宽边的分布呈中间强、两边弱。吸收片位于波导中央位置，吸收片与矩形波导中TE10模的电场力线平行，当电磁波穿过时，片上将有电流流过，将电磁能量在电阻膜上转化为热能。吸收片为波导系统引入了一种不连续性，为了尽量减小反射，吸收片为尖劈形（见图1），且其长度应为λp/2的整数倍，可使吸收片在斜面上每一点引起的电磁波反射都能被与其相距λp/4的另一点引起的反射所抵消，从而使波导系统得到良好的匹配。
波导小功率匹配负载为干负载，常用作小功率微波通道匹配负载或波导测试校准负载，其允许耗散的平均功率通常在微瓦和毫瓦级，最大能达到瓦级，一般可在10%～15%频带内达到驻波比ρ<1.05的近于理想的匹配程度，如图2所示。
2 波导高功率空气冷却负载
波导高功率空气冷却负载采用的是内斜式腔体结构，用于该雷达目标探测天线辐射器终端和雷达天馈系统铁氧体环行器第Ⅳ端。该负载内壁上喷涂了一层吸收材料，吸收体形状不再是小薄片，而是填充满整个波导，散热介质为空气。为了提高散热效率，外部采用冷却栅片环形结构的铝壳体，如图3所示。
波导高功率空气冷却负载为干负载，常用于辐射天线终端的匹配负载或通过铁氧体环形器吸收来自接收通道的反射信号。该型雷达上使用的波导高功率空气冷却负载的耗散功率可达500W，在使用的频带内驻波比ρ<1.2，如图4所示。
波导高功率空气冷却负载具有体积小、重量轻、使用方便等特点，其功率容量相对较低，通常只耗散数十瓦至数百瓦的微波功率。
3 波导高功率吸收式水负载
波导高功率吸收式水负载采用内斜式腔体结构，用作该雷达的等效天线。当雷达不向空间辐射探测脉冲信号时，对雷达进行检查和调整，需将超高频探测信号能量转换为热能形式消耗掉。吸收式水负载耗散的功率通过波导内壁传热，在负载内部增加了水腔体部分，水在波导内部水室腔体内流动并吸收微波能量，水管采用斜插方式。为了达到良好的匹配，水管与波导壁之间的夹角为10o，这时的驻波比可以达到1.05～1.22，具有功率容量大、水温响应敏感等优点，只要水流量足够大，其能够吸收的功率是无限制的。该类负载结构上增加了水腔体部分，导致体积较大，重量也相应增加。
吸收式水负载用于吸收雷达探测脉冲信号，重量为25kg，在该型雷达上耗散的峰值功率为350kW，平均功率为3kW，在使用的频带内驻波比ρ<1.22，如图5所示。
4 波导高功率辐射式水负载
辐射式水负载中微波通过波导的斜切面端口经绝缘陶瓷板辐射出去并被水室中流动的水吸收。陶瓷板起到隔离微波传输通道和水室的作用。陶瓷板与波导法兰盘口形成夹角，该夹角决定了水负载的驻波比。水负载的水室由负载盖和绝缘陶瓷板形成，盖上装有冷却液输入和输出接头，输入接头安装在负载盖的侧面，输出接头安装在负载盖底部平面上，如图6所示。这样的结构可使在向水室加注液体时能够迅速清除水室内的空气。在使用时需注意安装角度，保证冷却液完全覆盖陶瓷片，否则陶瓷片极易因高温烧坏。
该负载耗散的能量由冷却液体的循环流量和散热量决定，通过加装散热箱，该负载耗散功率非常大，峰值功率350kW，平均功率3kW。波导高功率辐射式水負载是吸收式水负载的改进型，具有功率容量大、工作频带宽、使用寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等优点，辐射式水负载的驻波比ρ<1.25，如图7所示。
5 结束语
该引进雷达微波负载根据耗散功率的大小使用了四种微波负载，采用了干负载和水负载设计，器件性能稳定，在十多年的使用中没有发生微波泄漏、温度过高、打火等异常现象。
参考文献
[1] E Eves，V Yakovlev. Analysis of Operational Regimes of a High Power Water Load[J]. Journal of Microwave Power& Electromagnetic energy，2002，37（3）：127-144.
[2] LiuLiang，Liu Fukua，Shan Jiafang，et al. Design of a New Water Load for S-band 750kW Continuous Wave High Power Klystron Used in EAST Tokamak[J]. Plasma Science and Technology，2007，9（2）：223-226.
[3]杨立霞. S波段大功率水负载的研制[J].真空电子技术，2015（03）：62-64.
[4]贺祥，赵凤利，王湘鉴，等. S波段系列干负载的研制[J]. 强激光与粒子束，2015（6）： 294-296.
作者简介
张代宏，高级工程师，主要研究方向为装备和维修保障技术研究。
关键词：负载；微波；平均功率
Keywords： load；microwave；mean power
0 引言
雷达微波负载广泛应用于雷达天馈系统，一般作为雷达天馈系统微波信号传输通道的匹配负载，是雷达的重要组成部分。近年来随着雷达微波技术的发展，雷达微波负载的种类逐渐增多，其耗散的平均功率可从瓦到千瓦级。在雷达系统中，微波负载性能的好坏直接影响雷达的性能，是雷达工作、检测、维修过程中需关注的重点器件。
某S波段引进雷达是目前国际上先进的雷达之一，对该型雷达微波负载设计原理和应用进行分析将对国产微波负载的开发和应用起到借鉴作用。
1 波导小功率匹配负载
这是一种矩形波导小功率匹配负载，它是内置有吸收片的终端短路的一段波导，用于主波束防护信号通道终端。这种匹配负载几乎能无反射地吸收入射波的全部功率。吸收片与矩形波导中TE10模的电场力线平行，TE10波的电场沿波导宽边的分布呈中间强、两边弱。吸收片位于波导中央位置，吸收片与矩形波导中TE10模的电场力线平行，当电磁波穿过时，片上将有电流流过，将电磁能量在电阻膜上转化为热能。吸收片为波导系统引入了一种不连续性，为了尽量减小反射，吸收片为尖劈形（见图1），且其长度应为λp/2的整数倍，可使吸收片在斜面上每一点引起的电磁波反射都能被与其相距λp/4的另一点引起的反射所抵消，从而使波导系统得到良好的匹配。
波导小功率匹配负载为干负载，常用作小功率微波通道匹配负载或波导测试校准负载，其允许耗散的平均功率通常在微瓦和毫瓦级，最大能达到瓦级，一般可在10%～15%频带内达到驻波比ρ<1.05的近于理想的匹配程度，如图2所示。
2 波导高功率空气冷却负载
波导高功率空气冷却负载采用的是内斜式腔体结构，用于该雷达目标探测天线辐射器终端和雷达天馈系统铁氧体环行器第Ⅳ端。该负载内壁上喷涂了一层吸收材料，吸收体形状不再是小薄片，而是填充满整个波导，散热介质为空气。为了提高散热效率，外部采用冷却栅片环形结构的铝壳体，如图3所示。
波导高功率空气冷却负载为干负载，常用于辐射天线终端的匹配负载或通过铁氧体环形器吸收来自接收通道的反射信号。该型雷达上使用的波导高功率空气冷却负载的耗散功率可达500W，在使用的频带内驻波比ρ<1.2，如图4所示。
波导高功率空气冷却负载具有体积小、重量轻、使用方便等特点，其功率容量相对较低，通常只耗散数十瓦至数百瓦的微波功率。
3 波导高功率吸收式水负载
波导高功率吸收式水负载采用内斜式腔体结构，用作该雷达的等效天线。当雷达不向空间辐射探测脉冲信号时，对雷达进行检查和调整，需将超高频探测信号能量转换为热能形式消耗掉。吸收式水负载耗散的功率通过波导内壁传热，在负载内部增加了水腔体部分，水在波导内部水室腔体内流动并吸收微波能量，水管采用斜插方式。为了达到良好的匹配，水管与波导壁之间的夹角为10o，这时的驻波比可以达到1.05～1.22，具有功率容量大、水温响应敏感等优点，只要水流量足够大，其能够吸收的功率是无限制的。该类负载结构上增加了水腔体部分，导致体积较大，重量也相应增加。
吸收式水负载用于吸收雷达探测脉冲信号，重量为25kg，在该型雷达上耗散的峰值功率为350kW，平均功率为3kW，在使用的频带内驻波比ρ<1.22，如图5所示。
4 波导高功率辐射式水负载
辐射式水负载中微波通过波导的斜切面端口经绝缘陶瓷板辐射出去并被水室中流动的水吸收。陶瓷板起到隔离微波传输通道和水室的作用。陶瓷板与波导法兰盘口形成夹角，该夹角决定了水负载的驻波比。水负载的水室由负载盖和绝缘陶瓷板形成，盖上装有冷却液输入和输出接头，输入接头安装在负载盖的侧面，输出接头安装在负载盖底部平面上，如图6所示。这样的结构可使在向水室加注液体时能够迅速清除水室内的空气。在使用时需注意安装角度，保证冷却液完全覆盖陶瓷片，否则陶瓷片极易因高温烧坏。
该负载耗散的能量由冷却液体的循环流量和散热量决定，通过加装散热箱，该负载耗散功率非常大，峰值功率350kW，平均功率3kW。波导高功率辐射式水負载是吸收式水负载的改进型，具有功率容量大、工作频带宽、使用寿命长、可靠性高、体积小、重量轻等优点，辐射式水负载的驻波比ρ<1.25，如图7所示。
5 结束语
该引进雷达微波负载根据耗散功率的大小使用了四种微波负载，采用了干负载和水负载设计，器件性能稳定，在十多年的使用中没有发生微波泄漏、温度过高、打火等异常现象。
参考文献
[1] E Eves，V Yakovlev. Analysis of Operational Regimes of a High Power Water Load[J]. Journal of Microwave Power& Electromagnetic energy，2002，37（3）：127-144.
[2] LiuLiang，Liu Fukua，Shan Jiafang，et al. Design of a New Water Load for S-band 750kW Continuous Wave High Power Klystron Used in EAST Tokamak[J]. Plasma Science and Technology，2007，9（2）：223-226.
[3]杨立霞. S波段大功率水负载的研制[J].真空电子技术，2015（03）：62-64.
[4]贺祥，赵凤利，王湘鉴，等. S波段系列干负载的研制[J]. 强激光与粒子束，2015（6）： 294-296.
作者简介
张代宏，高级工程师，主要研究方向为装备和维修保障技术研究。