[发明专利]一种高功率微波耦合测量装置

说明书

本发明公开一种高功率微波耦合测量装置包括：法兰、主波导、耦合波导、电探针、绝缘支撑结构、同轴外导体以及射频同轴连接器；电探针、同轴外导体与绝缘支撑结构组成同轴结构的波导，通过绝缘支撑结构将电探针紧固于同轴外导体内；其中，主波导通过法兰直接与高功率微波源微波输出通路或者高功率微波接收天线相连；耦合波导，与主波导和同轴外导体连接，用于对主波导中的高功率微波信号进行少量耦合取样，并进一步馈入到由电探针和同轴外导体共同组成的同轴结构中；射频同轴连接器分别与同轴外导体和外部同轴电缆连接。采用本发明的技术方案，提高测量装置的功率容量和可靠性。

技术领域

本发明属于高功率微波测量技术领域，涉及一种高功率微波耦合测量装置。

背景技术

建立高功率微波耦合测量装置，对高功率微波产生技术具有重要意义。近年来，随着高功率微波技术的不断发展，高功率微波源产生的微波功率进一步提高，脉冲宽度进一步拓宽。由于传统高功率微波耦合测量装置在功率容量上存在一定局限，因此很难直接将其推广到更高能量高功率微波脉冲的诊断，在此情形下，发展更高功率容量的高功率微波测量装置显得十分迫切和必要。

现有技术1：一种同轴电探针测高功率微波的装置，微波学报，1997,13:83-87。如图1所示，包括法兰1、主波导2、电探针4、绝缘支撑结构5、同轴外导体6以及射频同轴连接器7。其中法兰1用于实现与微波源输出口或者微波接收天线的对接；主波导2为耦合器主线，用于传输高功率微波信号；电探针4用于对主波导2中的高功率微波信号进行耦合取样，并进一步馈入到由电探针4和同轴外导体6共同组成的同轴结构中；绝缘支撑结构(5)用于支撑电探针4；射频同轴连接器7用于与外部射频电缆相连。

工作时，主波导2通过法兰1直接连入高功率微波源微波输出通路中，产生于微波源的高功率微波信号传输到主波导2内，在继续向后传输的过程中，部分微波能量被电探针4耦合进入由电探针4和同轴外导体6组成的同轴结构内，并通过射频同轴连接器7进入同轴射频电缆传输，在经过后续进一步的衰减检波环节后，最终由同轴电缆输送至屏蔽室的示波器内。

该结构存在的主要问题为：电探针与主波导内壁平齐，主波导中传输的高功率微波会在电探针尖端引起局部场增强，导致射频击穿，因此该测量系统功率容量十分有限。

现有技术2：一种具有较高功率容量的高功率微波耦合测量装置，第12届高功率粒子束学术交流会，海拉尔，2010:112－116。如图2所示，包括法兰1、主波导2、耦合孔8、矩形波导9、隔离臂10、隔离窗11、匹配负载12、耦合臂13、波导衰减器14以及矩形波导端口15。主波导2两端经法兰1连接于微波源微波输出通路中，作为高功率微波信号传输的主线；耦合孔8用于对主线上的高功率微波信号进行少量取样，并耦合到矩形波导9内；取样微波信号向隔离臂10端传输的部分由匹配负载12吸收，而向耦合臂13端传输的部分经波导衰减器14衰减后由矩形波导端口15向外输出；隔离窗11用于对测量系统进行真空密封。由于使用了小孔耦合技术，该高功率微波耦合测量装置相对传统测量装置功率容量有所提高。

工作时，主波导2始端与高功率微波源输出端口经法兰1相互连接，产生于微波源的高功率微波信号传输到主波导2内，在继续向后传输的过程中，少量微波能量由耦合孔8耦合至矩形波导9内，并经耦合臂13进一步向前传输，经过波导衰减器14的进一步衰减后，微波信号最终由矩形波导端口15向外输出。在此过程中，与主波导2末端通过法兰1连接的高功率微波辐射系统可能反射少量微波，该部分微波场也会由耦合孔8耦合到矩形波导9内并进一步向隔离臂10端传输，最终被匹配负载12无反射地吸收。

该结构存在的主要问题为：测量装置的耦合孔数目和孔间距需要仔细设计和加工，加工误差可能会降低耦合器性能，很难实现较低的耦合度，使耦合到矩形波导中的微波场在向外输出之前，需要经过波导衰减的进一步衰减，同时还需要波同转换器进一步转化，这些中间环节增加了测量系统的不确定度。

发明内容