Жидкостная нагрузка

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах высокого уровня мощности. Технический результат изобретения состоит в уменьшении зависимости согласования нагрузки и повышении допустимого уровня мощности при изменении температуры в диапазоне от -60°С до +110°С охлаждающей жидкости. Жидкостная нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода и проходящий сквозь его внутреннюю полость диэлектрический вкладыш, заполненный проточной поглощающей жидкостью. Диэлектрический вкладыш размещен внутри корпуса, соединенного с отрезком прямоугольного волновода, имеющего окно связи. Во внутренней полости диэлектрического вкладыша установлена металлическая трубка с отверстием и отражателем, закрепленным в непосредственной близости от отверстия. Поршень установлен за диэлектрическим вкладышем внутри отрезка прямоугольного волновода. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах высокого уровня мощности.

Известна волноводная нагрузка [А.С. 1592885], содержащая объемный твердотельный поглотитель, установленный в полости отрезка прямоугольного волновода, который закорочен на конце заглушкой. На внешней поверхности отрезка прямоугольного волновода выполнены ребра. Их поверхность и корпус образуют канал для протекания охлаждающей жидкости. На корпусе выполнены элементы ввода и вывода жидкости.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой жидкостной нагрузке является согласованная нагрузка [А.С. 1332420, опубл. 23.08.1987 г.], состоящая из отрезка прямоугольного волновода, полого диэлектрического вкладыша и поглощающей проточной жидкости. Недостатки таких нагрузок состоят в зависимости их согласования (КСВ) от изменения диэлектрической проницаемости и поглощающей способности поглощающей жидкости, например, при изменении температуры окружающей среды или при ее значительном локальном перегреве на высоком уровне мощности.

За счет высокой поглощающей способности нагрев жидкости в диэлектрическом вкладыше нагрузки происходит не равномерно во всем объеме, а лишь в пограничном (пристенном) слое. К тому же распределение электромагнитного поля как в поперечном сечении нагрузки, так и вдоль ее продольной оси характеризуется существенной неравномерностью. Это приводит к значительным локальным перегревам поглащающей жидкости и парообразованию в пристенном слое. Причем увеличение скорости потока поглощающей жидкости не всегда дает положительный результат, т.к. даже при ламинарном потоке скорость движения поглощающей жидкости в пристенном слое минимальна и растет по мере удаления от стенки вкладыша, т.е. там, где преобразование электромагнитной энергии в тепловую максимально, скорость движения поглощающей жидкости минимальна. Тем более возможен рост локального перегрева жидкости при турбулентном ее потоке, вызванном увеличением ее скорости, когда могут возникать рециркуляционные завихрения.

Локальный перегрев на высоком уровне мощности приводит к образованию в пограничном слое пузырей пара, имеющего диэлектрическую проницаемость, близкую к 1, значительно отличающуюся от диэлектрической проницаемости поглощающей жидкости. Это приводит к изменению - возрастанию КСВ.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в уменьшении зависимости согласования нагрузки и повышении допустимого уровня мощности при изменении температуры в широком диапазоне температур охлаждающей жидкости.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что жидкостная нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода и проходящий сквозь его внутреннюю полость диэлектрический вкладыш, заполненный проточной поглощающей жидкостью. Новыми признаками заявляемого изобретения являются размещение диэлектрического вкладыша внутри корпуса, соединенного с отрезком прямоугольного волновода, имеющего окно связи с внутренней полостью корпуса, установка во внутренней полости диэлектрического вкладыша металлической трубки с отверстием и отражателем, закрепленным в непосредственной близости от отверстия, и поршня, установленного за диэлектрическим вкладышем внутри отрезка прямоугольного волновода.

На чертеже представлена конструкция предлагаемой жидкостной нагрузки.

Жидкостная нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода 1, полый диэлектрический вкладыш 2, заполненный проточной поглощающей жидкостью 3, металлическую трубку 4 с отверстием 5, отражатель 6, корпус 7, соединенный с отрезком прямоугольного волновода, поршень 8 и окно связи 9.

Жидкостная нагрузка работает следующим образом: бегущая электромагнитная волна, распространяющаяся вдоль отрезка прямоугольного волновода 1, падая на поверхность поглощающей жидкости 3, например антифриза, частично преломляется и проникает в полость, занятую поглощающей жидкостью, а частично отражается.

Отразившись от установленного за вкладышем поршня, после вторичного прохождения сквозь отрезок прямоугольного волновода 1, содержащий диэлектрический вкладыш, заполненный поглощающей жидкостью, электромагнитная волна возвращается в отрезок прямоугольного волновода. Согласование нагрузки определяется поглощением преломленной волны, в жидком поглотителе и взаимной компенсацией волн, отраженных непосредственно от диэлектрического вкладыша и от установленного за ним поршня, что обеспечивается балансом их амплитуд и фаз.

При положительных температурах, однако, не доходящих до температуры кипения, диэлектрическая проницаемость и поглощающая способность поглощающей жидкости, например антифриза, велики (как и у всех сильно полярных жидкостей) и не сильно зависят от температуры. При этом нагрузка, отработанная и настроенная при нормальной температуре (~20°-25°С), лишь незначительно меняет согласование. Однако при отрицательных температурах, когда вязкость жидкости повышается и подвижность диполей падает, диэлектрическая проницаемость поглощающей жидкости и ее поглощающая способность так же падают.

Изменяются амплитуды и фазы волн, отраженных как непосредственно от диэлектрического вкладыша с поглощающей жидкостью, так и от установленного за ним поршня. Баланс амплитуд и фаз нарушается. Согласование ухудшается.

В связи с уменьшением поглощающей способности поглощающей жидкости 3 электромагнитная волна, распространяющаяся в полости, занятой поглощающей жидкостью, претерпевая меньшее ослабление, достигает поверхности металлической трубки 4, отражается от поверхности металлической трубки и, вторично пройдя сквозь слой поглащающей жидкости 3, возвращается в отрезок прямоугольного волновода 1, складывается в противофазе с суммарной волной, отраженной непосредственно от диэлектрического вкладыша 2 и поршня 8. Это обеспечивает сохранение согласования нагрузки.

При положительной температуре, близкой к температуре кипения, металлическая трубка, введенная внутрь диэлектрического вкладыша, позволяет подвести еще ″холодный″, не подвергшийся нагреву электромагнитной энергией поток поглащающей жидкости непосредственно к области максимального тепловыделения. Отражатель 6, установленный на металлической трубке, позволяет направить поток поглощающей жидкости вдоль поверхности диэлектрической стенки. Это повышает скорость потока поглощающей жидкости в пристенном слое и понижает возможность образования рециркуляционных завихрений в этой области.

Все это снижает величину локального перегрева поглощающей жидкости, вероятность парообразования в пристенном слое, следовательно, позволяет сохранить согласование нагрузки и повысить допустимый уровень рассеиваемой ею мощности.

1. Жидкостная нагрузка, содержащая отрезок прямоугольного волновода и проходящий сквозь его внутреннюю полость диэлектрический вкладыш, заполненный проточной поглощающей жидкостью, отличающаяся тем, что диэлектрический вкладыш размещен внутри корпуса, соединенного с отрезком прямоугольного волновода, имеющего окно связи с внутренней полостью корпуса, причем во внутренней полости диэлектрического вкладыша установлена металлическая трубка с отверстием и отражателем, закрепленным в непосредственной близости от отверстия, а поршень установлен за диэлектрическим вкладышем внутри отрезка прямоугольного волновода.

2. Жидкостная нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что металлическая трубка с отверстием и отражателем установлена с возможностью поворота вокруг ее продольной оси.