一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)和制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)和制作工藝，包括有數(shù)個(gè)天線單元，每個(gè)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同；天線單元包括有由2件上下板和2件側(cè)板構(gòu)成的型框，型框的中部橫設(shè)有1件橫板，型框的上、下兩部分區(qū)域中分別間隔均勻分布有3件與橫板垂直的豎隔板；所述的各豎隔板與橫板形成的空間正好使上下兩層的有源波導(dǎo)和無(wú)源波導(dǎo)相互交錯(cuò)分布，天線單元的兩側(cè)面加工有半無(wú)源波導(dǎo)，組裝時(shí)兩個(gè)天線單元上的半無(wú)源波導(dǎo)相互貼合，恰好形成一個(gè)整的無(wú)源波導(dǎo)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，精度高，強(qiáng)度好，工藝優(yōu)良，成本低廉，能有效滿足低雜波天線在實(shí)驗(yàn)時(shí)工況需求。
【專利說(shuō)明】一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)和制作工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及磁約束聚變【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線 結(jié)構(gòu)和制作工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 多年的科研結(jié)果證明，低混雜波電流驅(qū)動(dòng)已經(jīng)是托卡馬克聚變裝置上最為有效也 是最常規(guī)的非感應(yīng)輔助加熱手段之一。所謂低混雜波電流驅(qū)動(dòng)是利用相位有一定分布的扁 波導(dǎo)陣列組成的天線在感應(yīng)放電結(jié)束后向托卡馬克內(nèi)被約束的等離子體中注入頻率相當(dāng) 于等離子體低混雜波頻率范圍的微波功率，主要通過(guò)微波與等離子體中的電子交換能力來(lái) 維持等離子體電流；或在感應(yīng)放電過(guò)程中注入微波功率進(jìn)一步驅(qū)升等離子體電流。低雜波 系統(tǒng)可主要分為微波傳輸線系統(tǒng)、天線系統(tǒng)和微波源三大部分。
[0003] 低雜波天線波導(dǎo)位于微波傳輸系統(tǒng)的最末端，是把能量耦合進(jìn)等離子體的重要裝 置?，F(xiàn)在學(xué)術(shù)界有三種天線饋能結(jié)構(gòu)，即常規(guī)波導(dǎo)陣，多結(jié)波導(dǎo)陣和有源無(wú)源交互式波導(dǎo)陣 (PAM天線)。在后兩種天線結(jié)構(gòu)中，以天線單元作為子集成組件，除輻射端面的圓弧外，每個(gè) 天線單元的子結(jié)構(gòu)均相同。PAM天線的輻射端口分別是有源波導(dǎo)和無(wú)源波導(dǎo)相互間隔，均勻 分布，尺寸精確，天線單元饋口尺寸對(duì)等離子體的能量耦合有很重要的作用。而且高精度的 加工和裝配，避免天線內(nèi)部和端面處微波通道處的裝配臺(tái)階，配合間隙或尖角等對(duì)整套低 混雜波電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的避免打火提高耦合效率起著至關(guān)重要的作用。
[0004] 天線在實(shí)驗(yàn)中會(huì)受到微波能量的熱沉積，等離子體的熱輻射等加熱作用，天線溫 度會(huì)很快升高。由于低雜波饋線和天線的微波通道都是銅質(zhì)材料，溫度升高后的天線單元 確依然要保持很好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸精確度是目前的一個(gè)難點(diǎn)。
[0005] 綜上，低混雜波天線的性能將在托卡馬克內(nèi)進(jìn)行核聚變物理實(shí)驗(yàn)時(shí)至關(guān)重要，有 必要設(shè)計(jì)一套高精度高強(qiáng)度的低混雜波天線單元結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線 結(jié)構(gòu)和制作工藝。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括有數(shù)個(gè)天線單元，每個(gè)單元的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同；所述的天線單元包括有由2件上下板和2件側(cè)板構(gòu)成的型框，型框的中部橫 設(shè)有1件橫板，型框的上、下兩部分區(qū)域中分別間隔均勻分布有3件與橫板垂直的堅(jiān)隔板； 所述的各堅(jiān)隔板與橫板形成的空間正好使上下兩層的有源波導(dǎo)和無(wú)源波導(dǎo)相互交錯(cuò)分布， 間隔均勻，波導(dǎo)口尺寸精度高，表面質(zhì)量好，利于微波傳導(dǎo)；天線單元的兩側(cè)面加工有半無(wú) 源波導(dǎo)，組裝時(shí)兩個(gè)天線單元上的半無(wú)源波導(dǎo)相互貼合，恰好形成一個(gè)整的無(wú)源波導(dǎo)。
[0008] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的上下板的內(nèi)端面上 設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階，上下板的內(nèi)端面的兩端分別設(shè)有一個(gè)定位凹臺(tái)，兩件側(cè)板的兩端均卡 在所述定位凹臺(tái)中，位置精度和尺寸精度都達(dá)到0. 02mm，限位精度高。
[0009] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的橫板的前后兩個(gè)端 面上分別間隔設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階、三個(gè)定位臺(tái)階，堅(jiān)隔板的一端設(shè)有與定位臺(tái)階配合的定 位凹槽，定位臺(tái)階呈凸起的腰形，與堅(jiān)隔板上定位凹槽為過(guò)渡配合間隙，裝配時(shí)宜用木槌輕 敲裝配，定位裝配精度高。相位臺(tái)階除改變微波相位外，還起到限制堅(jiān)板位置的作用，限位 精度 0. 02mm。
[0010] 天線單元的各零件之間用限位臺(tái)階限制位置，用真空釬焊工藝整體釬接；上下板 和橫板上設(shè)計(jì)有限位臺(tái)階和相位臺(tái)階，用來(lái)定位堅(jiān)隔板和側(cè)板，定位精度〇. 〇3mm。
[0011] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的堅(jiān)隔板分為3種，每 種堅(jiān)隔板的末端均有無(wú)源波導(dǎo)凹槽，裝配完成后形成符合物理實(shí)驗(yàn)要求的無(wú)源波導(dǎo)口。
[0012] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的堅(jiān)隔板、側(cè)板和橫板 均為無(wú)氧銅材質(zhì)，所述的上下板采用316L不銹鋼和無(wú)氧銅的爆炸復(fù)合板材質(zhì)，316L不銹鋼 和無(wú)氧銅的爆炸復(fù)合板材質(zhì)，既可以保持微波通過(guò)面的銅面高導(dǎo)電性，也可以保證板面和 天線單元的整體強(qiáng)度，使之在低雜波實(shí)驗(yàn)條件下依然保持精度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0013] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的天線單元的各零件 之間均是采用真空釬焊技術(shù)在真空爐內(nèi)高溫焊接而成，設(shè)計(jì)有專用高精度工裝以最大程度 減小釬焊變形，釬接強(qiáng)度高，整體精度高，表面質(zhì)量高，焊接變形小。
[0014] 所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的天線單元焊后可在 側(cè)板或上下板上加工出定位臺(tái)階，用以與其他天線單元的定位安裝。
[0015] 一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線的制作工藝，其特征在于，包括有以下步驟： (1) 在裝配平臺(tái)上用定位工裝優(yōu)先定位上下板，其次安裝三種堅(jiān)隔板，裝配時(shí)使用木槌 輕敲安裝，仔細(xì)檢驗(yàn)各處尺寸，保證位置精度； (2) 依照與3件堅(jiān)隔板相配合的相位臺(tái)階和定位臺(tái)階精確定位橫板，再依次安裝上部 的三件堅(jiān)隔板和上下板，最后安裝兩側(cè)的側(cè)板，裝配時(shí)相位臺(tái)階、定位臺(tái)階和定位凹槽精確 地定位每件堅(jiān)隔板和側(cè)板，形成尺寸精確的波導(dǎo)腔；裝配時(shí)每?jī)杉慵慕佑|區(qū)域均需安 裝有釬焊焊片，焊片厚度均勻，不影響裝配精度； (3) 裝配完成的天線單元置入真空釬焊爐內(nèi)抽真空升溫，利用釬料的毛細(xì)作用，保證液 態(tài)釬料能自動(dòng)地流入到釬焊縫隙中去； (4) 釬焊焊片熔融后均勻流入裝配間隙，強(qiáng)度高焊接牢靠，整套零件形成一個(gè)框架式整 體； (5) 精加工完成的天線單元相互總體組裝完成后形成一套高精度的裝配件，再采用氬 弧焊工藝斷續(xù)焊加強(qiáng)各天線單元之間的連接； (6) 最后使用加固零件整體加固天線外圍，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)強(qiáng)度，使之在任何實(shí)驗(yàn)條件下 均可以保持強(qiáng)度和精度。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，精度高，強(qiáng)度好，工藝優(yōu)良，成本低廉，能有效滿足低雜波天線在 實(shí)驗(yàn)時(shí)工況需求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是去除其中一個(gè)天線單元的天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是天線單元端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是天線單元橫切面上定位臺(tái)階和相位臺(tái)階分布示意圖。
[0020] 圖4為天線單元縱向剖切示意圖。
[0021] 圖中標(biāo)號(hào)：1-上下板；2_堅(jiān)隔板；3_堅(jiān)隔板；4_堅(jiān)隔板；5_橫板；6_側(cè)板；a為 有源波導(dǎo)；b為無(wú)源波導(dǎo)；c為相位臺(tái)階；d為定位臺(tái)階；e為定位凹槽；f為半無(wú)源波導(dǎo)；g為 定位凹臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1所示，參見(jiàn)圖1，一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，包括有數(shù)個(gè)天線單 元，每個(gè)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同；所述的天線單元包括有由2件上下板1和2件側(cè)板6構(gòu)成的 型框，型框的中部橫設(shè)有1件橫板5,型框的上、下兩部分區(qū)域中分別間隔均勻分布有3件與 橫板5垂直的堅(jiān)隔板2、堅(jiān)隔板3、堅(jiān)隔板4 ;所述的各堅(jiān)隔板2、3、4與橫板5形成的空間正 好使上下兩層的有源波導(dǎo)a和無(wú)源波導(dǎo)b相互交錯(cuò)分布，間隔均勻，波導(dǎo)口尺寸精度高，表 面質(zhì)量好，利于微波傳導(dǎo)；天線單元的兩側(cè)面加工有半無(wú)源波導(dǎo)f，組裝時(shí)兩個(gè)天線單元上 的半無(wú)源波導(dǎo)f相互貼合，恰好形成一個(gè)整的無(wú)源波導(dǎo)。
[0023] 上下板1的內(nèi)端面上設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階c，上下板1的內(nèi)端面的兩端分別設(shè)有一 個(gè)定位凹臺(tái)g，兩件側(cè)板6的兩端均卡在所述定位凹臺(tái)g中，位置精度和尺寸精度都達(dá)到 0.02mm，限位精度高。
[0024] 橫板5的前后兩個(gè)端面上分別間隔設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階c、三個(gè)定位臺(tái)階d，堅(jiān)隔板 2、3、4的一端設(shè)有與定位臺(tái)階d配合的定位凹槽e，定位臺(tái)階d呈凸起的腰形，與堅(jiān)隔板上 定位凹槽e為過(guò)渡配合間隙，裝配時(shí)宜用木槌輕敲裝配，定位裝配精度高。相位臺(tái)階c除改 變微波相位外，還起到限制堅(jiān)板位置的作用，限位精度〇. 〇2_。
[0025] 天線單元的各零件之間用限位臺(tái)階限制位置，用真空釬焊工藝整體釬接；上下板 和橫板上設(shè)計(jì)有限位臺(tái)階和相位臺(tái)階，用來(lái)定位堅(jiān)隔板和側(cè)板，定位精度〇. 〇3mm。
[0026] 堅(jiān)隔板分為3種，每種堅(jiān)隔板的末端均有無(wú)源波導(dǎo)凹槽，裝配完成后形成符合物 理實(shí)驗(yàn)要求的無(wú)源波導(dǎo)口。
[0027] 堅(jiān)隔板2、3、4、側(cè)板6和橫板5均為無(wú)氧銅材質(zhì)，所述的上下板1采用316L不銹鋼 和無(wú)氧銅的爆炸復(fù)合板材質(zhì)，316L不銹鋼和無(wú)氧銅的爆炸復(fù)合板材質(zhì)，既可以保持微波通 過(guò)面的銅面高導(dǎo)電性，也可以保證板面和天線單元的整體強(qiáng)度，使之在低雜波實(shí)驗(yàn)條件下 依然保持精度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0028] 天線單元的各零件之間均是采用真空釬焊技術(shù)在真空爐內(nèi)高溫焊接而成，設(shè)計(jì)有 專用高精度工裝以最大程度減小釬焊變形，釬接強(qiáng)度高，整體精度高，表面質(zhì)量高，焊接變 形小。
[0029] 天線單元焊后可在側(cè)板6或上下板1上加工出定位臺(tái)階，用以與其他天線單元的 定位安裝。
[0030] 參見(jiàn)圖2,一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線的制作工藝，包括有以下步驟： 在裝配平臺(tái)上用定位工裝優(yōu)先定位上下板1，其次安裝堅(jiān)隔板2、堅(jiān)隔板3、和堅(jiān)隔板 4,裝配時(shí)使用木槌輕敲安裝，仔細(xì)檢驗(yàn)各處尺寸，保證位置精度。依照與3件堅(jiān)隔板相配合 的相位臺(tái)階和定位臺(tái)階精確定位橫板5,再依次安裝上部的三件堅(jiān)隔板和上下板1。最后安 裝兩側(cè)的側(cè)板6。參見(jiàn)圖3,裝配時(shí)相位臺(tái)階c、定位臺(tái)階d和定位凹槽e、定位凹臺(tái)g精確 地定位每件堅(jiān)隔板和側(cè)板，形成尺寸精確的波導(dǎo)腔。裝配時(shí)每?jī)杉慵慕佑|區(qū)域均需安 裝有釬焊焊片，焊片厚度均勻一致性好，不影響裝配精度。焊片熔融后均勻流入裝配間隙， 強(qiáng)度高焊接牢靠，整套零件形成一個(gè)框架式整體。內(nèi)部縱橫的橫板堅(jiān)筋和上下板的316L不 銹鋼足以包裝這樣一個(gè)天線單元整體強(qiáng)度高，變形量小。
[0031] 參見(jiàn)圖4,裝配組焊完成后的天線單元有源波導(dǎo)與無(wú)源波導(dǎo)間隔均勻尺寸準(zhǔn)確，定 位精確，焊接強(qiáng)度高；同時(shí)內(nèi)部的各相位臺(tái)階按設(shè)計(jì)尺寸和位置要求分布均勻。
[0032] 天線單元各零件釬焊完成后，整體加工外形，使單元外形整體尺寸精度高，無(wú)焊接 變形影響，外形與內(nèi)腔位置精度高；組裝時(shí)兩個(gè)天線單元上的半無(wú)源波導(dǎo)相互貼合，恰好形 成一個(gè)整的無(wú)源波導(dǎo)，整體裝配后滿足微波實(shí)驗(yàn)需求。
【權(quán)利要求】
1. 一種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括有數(shù)個(gè)天線單元，每個(gè)單 元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同；所述的天線單元包括有由2件上下板和2件側(cè)板構(gòu)成的型框，型框的中 部橫設(shè)有1件橫板，型框的上、下兩部分區(qū)域中分別間隔均勻分布有3件與橫板垂直的堅(jiān)隔 板；所述的各堅(jiān)隔板與橫板形成的空間正好使上下兩層的有源波導(dǎo)和無(wú)源波導(dǎo)相互交錯(cuò)分 布；天線單元的兩側(cè)面加工有半無(wú)源波導(dǎo)，組裝時(shí)兩個(gè)天線單元上的半無(wú)源波導(dǎo)相互貼合， 恰好形成一個(gè)整的無(wú)源波導(dǎo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的上下 板的內(nèi)端面上設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階，上下板的內(nèi)端面的兩端分別設(shè)有一個(gè)定位凹臺(tái)，兩件側(cè) 板的兩端均卡在所述定位凹臺(tái)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 橫板的前后兩個(gè)端面上分別間隔設(shè)有三個(gè)相位臺(tái)階、三個(gè)定位臺(tái)階，堅(jiān)隔板的一端設(shè)有與 定位臺(tái)階配合的定位凹槽，定位臺(tái)階呈凸起的腰形，與堅(jiān)隔板上定位凹槽為過(guò)渡配合間隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的堅(jiān)隔 板分為3種，每種堅(jiān)隔板的末端均有無(wú)源波導(dǎo)凹槽，裝配完成后形成符合物理實(shí)驗(yàn)要求的 無(wú)源波導(dǎo)口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的堅(jiān)隔 板、側(cè)板和橫板均為無(wú)氧銅材質(zhì)，所述的上下板采用316L不銹鋼和無(wú)氧銅的爆炸復(fù)合板材 質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的天線 單元的各零件之間均是采用真空釬焊技術(shù)在真空爐內(nèi)高溫焊接而成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度高強(qiáng)度低混雜波天線結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的天線 單元焊后可在側(cè)板或上下板上加工出定位臺(tái)階，用以與其他天線單元的定位安裝。
8. -種高精度高強(qiáng)度低混雜波天線的制作工藝，其特征在于，包括有以下步驟： (1) 在裝配平臺(tái)上用定位工裝優(yōu)先定位上下板，其次安裝三種堅(jiān)隔板，裝配時(shí)使用木槌 輕敲安裝，仔細(xì)檢驗(yàn)各處尺寸，保證位置精度； (2) 依照與3件堅(jiān)隔板相配合的相位臺(tái)階和定位臺(tái)階精確定位橫板，再依次安裝上部 的三件堅(jiān)隔板和上下板，最后安裝兩側(cè)的側(cè)板，裝配時(shí)相位臺(tái)階、定位臺(tái)階和定位凹槽精確 地定位每件堅(jiān)隔板和側(cè)板，形成尺寸精確的波導(dǎo)腔；裝配時(shí)每?jī)杉慵慕佑|區(qū)域均需安 裝有釬焊焊片，焊片厚度均勻，不影響裝配精度； (3) 裝配完成的天線單元置入真空釬焊爐內(nèi)抽真空升溫，利用釬料的毛細(xì)作用，保證液 態(tài)釬料能自動(dòng)地流入到釬焊縫隙中去； (4) 釬焊焊片熔融后均勻流入裝配間隙，強(qiáng)度高焊接牢靠，整套零件形成一個(gè)框架式整 體； (5) 精加工完成的天線單元相互總體組裝完成后形成一套高精度的裝配件，再采用氬 弧焊工藝斷續(xù)焊加強(qiáng)各天線單元之間的連接； (6) 最后使用加固零件整體加固天線外圍。
【文檔編號(hào)】H05H1/46GK104105330SQ201410270757
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】李波, 吳杰峰, 劉甫坤 申請(qǐng)人:合肥聚能電物理高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司