微波衰减器与吸收负载

微波衰减器和微波吸收负载也是微波传输系统中常要用到的特殊波导器件。

（一）衰减器

为了调节微波的传输能量，就需要采用微波衰减器。衰减器通常是在波导管中放置可以将微波能量转化为热能消耗的吸收介质，一般是某种金属吸收片，其放置方向要与电场方向平行。由于电场强度幅值位于矩型波管宽边的中心线上（参见图2-9-4），因此，同样体积的吸收片，离中心线越近，衰减量就越大。可见，按吸收片在波导管中的位置是否可变，我们可以分别制作固定式衰减器和可调式衰减器。可调式衰减器一般是靠垂直连接在衰减片上的两根小杆进行调节。为了减少调节杆对微波的反射，应将小杆做的细而坚硬，而且两根小杆之间的距离应为导波长的1/4，这样，所产生的反射波与前进波相位相反，正好抵消。可调式衰减器的调节范围一般是0～35dB。

（二）吸收负载

吸收负载也叫做匹配负载，可分为大功率微波匹配负载和小功率微匹配波负载，后者主要是用在控制电路，因此。这里只介绍大功率微波匹配负载

我们已经知道，行波加速管的末端和驻波加速器中四端环流器的3、4端口都要连接吸收负载，前者是为了消耗行波加速管的微波剩余能量，后者是为了消耗驻波加速管的反射功率，但其结构原理基本上是一样的，都是波导型微波匹配负载。

常用波导型微波吸收负载的实物照片，见图2-9-39。由图2-9-39可见，这种微波吸收负载也是矩形波导结构，通常是采用法兰连接。在吸收负载的外壁上还设有冷却水接口。

图2-9-39　微波吸收负载实物图

A．直立形结构；B．V形结构

现将微波吸收负载的工作原理分述如下，见图2-9-40。

1．全水微波吸收负载　全水微波吸收负载内充满了负载水，通过一种氧化铝（Al3O2）材料制作的陶瓷窗密封。负载水可通过管道接口（冷却水出入口）与外界的冷却水交换散热。工作时，微波功率透过波导窗进入负载水，能量全部被水吸收变成热量，并通过循环水将热能带走。陶瓷窗不但要起到微波透射和水密封的作用，同时，为了避免微波反射，它还肩负着λ/4的负载匹配使命。由于一侧是气体介质，另一侧是水介质，为了达到负载匹配，陶瓷窗的介电常数必须满足式2-9-26的要求：

在微波频段，水的介电常数大约为80，空气的介电常数为1，通过上式计算可知，陶瓷窗所需要的介电常数约等于9，所选用的氧化铝材料基本可以满足以上技术要求。由此，陶瓷窗的最佳厚度可用式2-9-27计算得出：

图2-9-40　微波吸收负载结构原理

A．表示全水微波吸收负载（water filled load）；B．表示水冷干式微波吸收负载（water cooled dry load）

式中：λg表示波导（气体）侧的导波长。

全水微波吸收负载的处理能力可达10kW。但只适合于固定安装，不能安装在机架（grantry）上，原因是机架旋转时，水中气泡串动会微波反射，容易造成阻抗失配。

2．水冷干式微波吸收负载　水冷干式微波吸收负载的吸收体是采用固体介质损耗材料，一般是由碳化硅（SiC）材料制成。为了避免微波反射，吸收体通常要做成图2-9-39中B所示的V形腔体，并且腔体深度要大于微波的导波长。这种吸收负载一般可与波导管直接连通。吸收体的周围有冷却水包绕，微波功率在吸收体上消耗之后产生的大功率热量由循环水带走。这种水冷干式微波吸收负载的处理能力通常只能达到3kW左右，一般可以满足医用电子直线加速器的需要。由于这种吸收负载牢固可靠，可以安装在机架上随意转动，并且可共用加速器的冷却水系统，所以在医用电子加速器上得到了广泛应用。