一種高功率徑向線密封窗的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高功率徑向線密封窗，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種成熟的針對徑向線的密封窗，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題。該高功率徑向線密封窗包括徑向線上板和徑向線下板，安裝于徑向線上板和徑向線下板之間的徑向線，與徑向線下板垂直連接的同軸波導，上端固定于徑向線上板上的變換錐體，位于徑向線上板和徑向線下板之間、變換錐體外側(cè)且與同軸波導共軸的陶瓷環(huán)，所述同軸波導中心位置處設(shè)有內(nèi)導體，該內(nèi)導體與變換錐體下端相連。通過上述方案，本實用新型達到了反射小、傳輸效率高、功率容量高且適用于徑向線的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。
【專利說明】一種高功率徑向線密封窗【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高功率微波【技術(shù)領(lǐng)域】的密封窗，具體地說，是涉及一種高功率徑向線密封窗。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高功率微波技術(shù)的發(fā)展，人們對高功率微波系統(tǒng)的使用提出了越來越高的要求。由于高功率徑向線陣列天線易于實現(xiàn)天線的高增益、高效率、高功率和圓極化輻射等，在高功率應用方面得到了廣泛的研究。之前所研究的高功率徑向線陣列天線沒有密封窗，為了實現(xiàn)高功率容量需要對陣列天線內(nèi)部進行抽真空處理，并保證其真空度滿足要求以防止空氣擊穿影響性能。然而，由于陣列天線內(nèi)部空間較大，密封環(huán)節(jié)和位置較多，整體抽真空的難度大且可靠性低。為了進一步改進和優(yōu)化高功率徑向線陣列天線的拓撲結(jié)構(gòu)，現(xiàn)今提出了一種方式:在徑向線內(nèi)加入密封窗，并在密封窗位置進行真空密封，這樣就可以只需對同軸波導到密封窗之間區(qū)域進行抽真空處理，在徑向線內(nèi)其他區(qū)域可通過充入惰性氣體來滿足陣列天線的功率容量需求。因此，徑向線密封窗性能好壞將直接影響天線的性能。
[0003]密封窗在微波器件中應用廣泛，其形式有很多種。早在1955年美國人H.K JENNY和 F.E.VACCAP0 提出階梯型輸出窗片結(jié)構(gòu)[HK Jenny.A Step-Type, Broadband, X-BandCeramic Waveguide ffindow[j].1EEE Transactions on electron devices, 1956]，在介質(zhì)兩邊延伸出兩個階梯，梯的長度和中間窗片的厚度都是其所在波導部分波導波長的四分之一，與窗片兩邊的矩形波導實現(xiàn)阻抗匹配，而此種輸出窗直接嵌在矩形波導中。利頓公司開發(fā)的立頓窗解決了帶寬與增益的矛盾，但只適用于介電常數(shù)較小的情況，而布魯斯窗解決了輸出波導一般是圓波導或者橢圓波導在寬帶中的匹配應用，窗片厚度一般取半波長的整數(shù)倍。2001年博士 G eorge Stephenson Haldeman發(fā)表MIT論文，采用雙層圓弧狀的輸出窗結(jié)構(gòu)[George Stephenson Ha I deman.A Novel vacuum Window for Megawatt Gyrotrons[D], US: MIT, , 2001]，中間通以冷卻劑，大大提高了其機械承受能力和散熱能力，輸出功率可達到2.1兆瓦，該窗體可用于矩形波導中。2003年X.Yang等人采用CVD金剛石作窗材料，獲得了在中心頻率左右500MHz帶寬內(nèi)，反射低于-20dB的輸出窗[X Yang, et al.Analysis of Transmission Characteristics for Single and Double Disk Window.2002 27th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, 2002]，但由于窗體材料的加工過程容易給窗體帶來缺陷，如金剛石加工和封裝過程中有可能會帶來的額外自由電荷，由此帶來的窗體附加損耗占總損耗的20%-30%，因此在加工過程中必須保證高功率微波輸出窗體材料質(zhì)量。2010年美國Clifton C.Courtney發(fā)明了一種適合用于矩形波導且工作在基模狀態(tài)下的輸出窗[Clifton C.Courtney.High peak and averagepower-capable microwave window for rectangular waveguide[P].US Patent 2010]，該結(jié)構(gòu)將窗體材料用金屬片分為多層，金屬片垂直于電場方向，而止于波導的窄邊，由于這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計能有效抑制二次電子倍增，提高高功率微波輸出窗的輸出功率，同時由于金屬片具有良好的導電能力，能及時消除介質(zhì)上的附加電荷，降低附加損耗。北京真空電子技術(shù)研究所從理論與仿真計算方面對一種新型的波導輸出窗一橢圓波導輸出窗進行可行性分析[趙長江，王嚴梅.橢圓波導輸出窗的仿真研究.真空電子技術(shù)，2010]，結(jié)果顯示在18-40GHZ頻率范圍內(nèi)駐波系數(shù)在1.4以下，驗證橢圓波導窗作為螺旋線行波管輸出窗的可行性。
[0004]上述研究結(jié)果表明，目前廣泛應用使用的密封窗主要有盒型窗、矩形窗、階梯窗和滿足特殊需要的其他形狀的窗等，主要應用于矩形波導、同軸波導、圓波導等的密封，而對于應用于徑向線的微波密封窗還未見報道。
[0005]在這一背景下，本發(fā)明提出了一種高功率徑向線密封窗，用以適應行業(yè)發(fā)展需求。實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種高功率徑向線密封窗，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種成熟的針對徑向線的密封窗，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種高功率徑向線密封窗，包括徑向線上板和徑向線下板，安裝于徑向線上板和徑向線下板之間的徑向線，與徑向線下板垂直連接的同軸波導，上端固定于徑向線上板上的變換錐體，位于徑向線上板和徑向線下板之間、變換錐體外側(cè)且與同軸波導共軸的陶瓷環(huán)，所述同軸波導中心位置處設(shè)有內(nèi)導體，該內(nèi)導體與變換錐體下端相連。
[0009]具體地說所述變換錐體為倒圓臺形結(jié)構(gòu)。
[0010]進一步地，所述徑向線上板和徑向線下板均為臺階結(jié)構(gòu)，徑向線上板上固定變換錐體和陶瓷環(huán)位置處內(nèi)凹，徑向線下板上與徑向線上板內(nèi)凹位置對應處內(nèi)凹。
[0011]作為優(yōu)選，所述陶瓷環(huán)和徑向線上板之間、陶瓷環(huán)和徑向線下板之間均采用金屬化封接方式相連。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0013](I)本實用新型公開了一種滿足徑向線需求的微波密封窗，并進一步改進和優(yōu)化了高功率徑向線陣列天線的拓撲結(jié)構(gòu)，大大提高了其可靠性，滿足饋源的真空密封需求，具有結(jié)構(gòu)簡單、功率容量高的特點，符合技術(shù)發(fā)展需求，具有實質(zhì)性特點和進步，適合大規(guī)模推廣應用。
[0014](2)本實用新型中，陶瓷環(huán)與徑向線上板和徑向線下板間的連接采用金屬化封接，因而可以完全確保內(nèi)部的真空密封，且上板和下板均采用臺階結(jié)構(gòu)，因而可以減小三相點處的電場強度，實現(xiàn)整個密封窗的高功率容量，充分確保了徑向線的工作性能。
[0015](3)在應用時，通過調(diào)節(jié)變換錐體、陶瓷環(huán)和與內(nèi)凹位置對應的突出結(jié)構(gòu)的尺寸便可實現(xiàn)由同軸波導處輸入功率的良好匹配，實施十分方便，符合實際需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的剖視圖。
[0017]圖2為本實用新型的俯視圖。
[0018]上述附圖中，附圖標記對應的部件名稱如下:
[0019]1-同軸波導，2-變換錐體，3-徑向線，4-陶瓷環(huán)，5-突出結(jié)構(gòu)；
[0020]3a-徑向線上板，3b-徑向線下板?！揪唧w實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0022]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種成熟的針對徑向線的密封窗，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題，如圖1~2所示，本實用新型公開了一種高功率徑向線密封窗，包括同軸波導1、變換錐體2、徑向線3、陶瓷環(huán)4、突出結(jié)構(gòu)5、徑向線上板3a和徑向線下板3b (在本實施例中簡稱下板和上板)，其具體安裝方式如下:
[0023]徑向線3安裝于徑向線上板3a和徑向線下板3b之間；同軸波導I與徑向線下板3b垂直連接；變換錐體2為倒圓臺形結(jié)構(gòu)，其上端固定于徑向線上板3a上、下端與徑向線3內(nèi)導體相接(內(nèi)導體設(shè)置于同軸波導I中心位置處)；陶瓷環(huán)4位于徑向線上板3a和徑向線下板3b之間、變換錐體2外側(cè)且與同軸波導I共軸，優(yōu)選將陶瓷環(huán)4與徑向線3之間采用金屬化封接連接。[0024]為了減小三相點處的電場強度，實現(xiàn)整個密封窗的高功率容量，將徑向線上板3a和徑向線下板3b均設(shè)置為臺階結(jié)構(gòu)，其中，徑向線上板3a為內(nèi)凹型，變換錐體2和陶瓷環(huán)4位于其上內(nèi)凹處，徑向線下板3b上與徑向線上板3a內(nèi)凹位置對應處內(nèi)凹，根據(jù)實際需求，可以設(shè)置高度可調(diào)的突出結(jié)構(gòu)5，即外凸結(jié)構(gòu)。
[0025]實施時，為了實現(xiàn)由同軸波導處輸入功率的良好匹配只需調(diào)節(jié)變換錐體、陶瓷環(huán)和突出結(jié)構(gòu)的尺寸便可。
[0026]經(jīng)驗證表明，當微波工作頻率為2.856GHz ；同軸波導內(nèi)外導體半徑分別為14.5mm和6.5mm ;突出結(jié)構(gòu)相對于徑向線的上下板分別突出4mm和8mm ;變換錐體半徑為33mm、高58.5mm ;陶瓷環(huán)內(nèi)徑36mm、厚3mm時，數(shù)值模擬結(jié)果為:
[0027]在2.7^3 GHz頻帶范圍內(nèi)，高功率徑向線密封窗反射系數(shù)小于0.1，陶瓷環(huán)表面最大電場強度為179V/m且位于其中間位置，三相點最大場強為133V/m，按照空氣擊穿閾值計算該密封窗的設(shè)計功率容量約150MW。上述結(jié)果表明，該高功率徑向線密封窗具有反射小，功率容量高的特性。
[0028]按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本實用新型。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率徑向線密封窗，其特征在于，包括徑向線上板(3a)和徑向線下板(3b)，安裝于徑向線上板(3a)和徑向線下板(3b )之間的徑向線(3 )，與徑向線下板(3b )垂直連接的同軸波導(1)，上端固定于徑向線上板(3a)上的變換錐體(2)，位于徑向線上板(3a)和徑向線下板(3b)之間、變換錐體(2)外側(cè)且與同軸波導(I)共軸的陶瓷環(huán)(4)，所述同軸波導(I)中心位置處設(shè)有內(nèi)導體，該內(nèi)導體與變換錐體(2 )下端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率徑向線密封窗，其特征在于，所述變換錐體(2)為倒圓臺形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率徑向線密封窗，其特征在于，所述徑向線上板(3a)和徑向線下板(3b)均為臺階結(jié)構(gòu)，徑向線上板(3a)上固定變換錐體(2)和陶瓷環(huán)(4)位置處內(nèi)凹，徑向線下板(3b)上與徑向線上板(3a)內(nèi)凹位置對應處內(nèi)凹。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高功率徑向線密封窗，其特征在于，所述陶瓷環(huán)(4)和徑向線上板(3a)之間、陶瓷環(huán)(4)和徑向線下板(3b)之間均采用金屬化封接方式相連。
【文檔編號】H01P5/10GK203607522SQ201320852842
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】張健穹, 劉慶想, 李相強, 王邦繼, 張政權(quán), 王慶峰, 楊志軍 申請人:西南交通大學