專(zhuān)利名稱(chēng)：消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波電真空器件技術(shù)領(lǐng)域，是一種消除高功率盒型輸出窗 鬼模的方法及裝置。
背景技術(shù)：
高功率盒型輸出窗是大功率微波電真空器件，加速器和其他大功率微 波電子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對(duì)器件和系統(tǒng)的功率容量，可靠性和壽命具有重 要影響。盒型輸出窗是將一個(gè)圓盤(pán)型介質(zhì)片密封在截面相同的圓波導(dǎo)中， 圓波導(dǎo)兩端通過(guò)圓變方變換段與矩形波導(dǎo)相接。盒型窗的優(yōu)點(diǎn)是承受的功 率容量大，頻帶寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。對(duì)于高峰值功率和高平均功率(或連續(xù)波) 速調(diào)管，輸出窗的損壞是影響器件壽命的重要因素之一。導(dǎo)致盒型輸出窗 損壞的機(jī)理為窗表面的二次電子倍增效應(yīng)和工作頻帶內(nèi)鬼模的存在引起
窗的非正常加熱，使窗片炸裂。通過(guò)在窗片表面涂覆Ti(或TiN)， Cr203 等低二次電子發(fā)射材料可抑制二次電子倍增效應(yīng)。除此之外，在工作頻帶 內(nèi)存在諧振模式是引起高功率盒型輸出窗的損壞的另一種機(jī)理。引起高功 率輸出窗損壞的研究表明，由于這些諧振模式是由制造工藝中產(chǎn)生的輸出窗結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性引起，它有時(shí)出現(xiàn)，有時(shí)又不出現(xiàn)，存在一定的偶然性，
所以稱(chēng)為鬼模。通常，落在工作頻帶內(nèi)的鬼模為T(mén)M01和TE21模。由于鬼 模不能在矩形波導(dǎo)中傳輸，因而具有高的Q值，使窗片和圓波導(dǎo)一矩形波 導(dǎo)轉(zhuǎn)換處產(chǎn)生高的電場(chǎng)，引起窗片的擊穿和波導(dǎo)打火，損壞輸出窗，并導(dǎo) 致器件和系統(tǒng)的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法及裝 置，保證器件在高功率下正常工作，提高器件和系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明所述的高功率盒型輸出窗由輸入和輸出矩形波導(dǎo)段、三個(gè)不同 直徑的圓波導(dǎo)段和二個(gè)錐形波導(dǎo)段組成的圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、陶瓷窗片，和匹配 裝置等部分組成。匹配裝置為4個(gè)長(zhǎng)方形的金屬條。陶瓷窗片材料為95 %A1203，輸入和輸出矩形波導(dǎo)段、圓波導(dǎo)段、錐形波導(dǎo)段和匹配裝置等 部件的材料均為無(wú)氧銅。陶瓷窗片經(jīng)高溫金屬化后與圓波導(dǎo)段釬焊，保證 其真空密封。其它部件均采用釬焊方法焊接，保證連接處的真空密封性。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是采用三個(gè)不同直徑的圓波導(dǎo)段和二個(gè)錐形波導(dǎo) 段組成的圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)盒形窗的單圓波導(dǎo)段結(jié)構(gòu)，并在圓波導(dǎo)-矩 形波導(dǎo)之間放置匹配裝置，并通過(guò)選擇窗片材料和尺寸、圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺 寸、圓波導(dǎo)一矩形波導(dǎo)變換段放置的匹配裝置的形狀和尺寸，使盒型輸出 窗在工作頻帶內(nèi)無(wú)鬼模，且駐波比小于l.l。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)制備和裝配工藝簡(jiǎn)單。該方法能保證在消除頻帶內(nèi)鬼模的同時(shí)，在要求的工作頻率范圍內(nèi)駐波比小于1. 1。


圖l是本發(fā)明的消除頻帶內(nèi)鬼模的高功率盒形輸出窗結(jié)構(gòu)圖；圖中，
輸入矩形波導(dǎo)段101，輸出矩形波導(dǎo)段110;兩匹配裝置102、 109;圓波導(dǎo)
段(一)103，圓波導(dǎo)段(三)108;錐形波導(dǎo)段(一)104，錐形波導(dǎo)段 (二) 107;兩圓波導(dǎo)段(二) 105、 105a;窗片106。
圖2是由本發(fā)明設(shè)計(jì)的一個(gè)S波段高功率盒形輸出窗的電壓駐波比特
性曲線(xiàn)。圖中S波段高功率盒形輸出窗的電壓駐波比特性曲線(xiàn)(要求的
工作頻率范圍3. 1 3. 5GHz內(nèi)駐波比小于1.04，鬼模TM010模和TE210 模的諧振頻率分別為3074MHz和3559腿z)
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明消除高功率盒形輸出窗頻帶內(nèi)鬼模的方法的實(shí)施 方式如下
1)對(duì)于選定的窗片材料95。％A1203陶瓷，選擇窗片的直徑和厚度、 三個(gè)圓波導(dǎo)段的直徑和長(zhǎng)度，二個(gè)錐形波導(dǎo)段的長(zhǎng)度，對(duì)圖1所示的結(jié)構(gòu)， 采用三維電磁場(chǎng)模擬軟件計(jì)算鬼模(TM010模和TE210模)的諧振頻率。 通過(guò)增大圓波導(dǎo)段(一)(103)和圓波導(dǎo)段(三)(108)的直徑，使鬼模 TM010模的諧振頻率向工作頻帶低端(3100腿z)移出。通過(guò)減少窗片(106) 的厚度使鬼模TE210模的諧振頻率向工作頻帶高端(3500MHz)移出。計(jì) 算鬼模的諧振頻率時(shí)，應(yīng)選擇輸入波導(dǎo)段(101)和輸出波導(dǎo)段(110)的長(zhǎng)度大于1/2波導(dǎo)波長(zhǎng)，使計(jì)算獲得的TM010模和TE210模的諧振頻率不 隨其長(zhǎng)度變化而變化。
2) 在圓波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)交界處，矩形波導(dǎo)內(nèi)放置匹配裝置(102， 109)， 調(diào)節(jié)匹配裝置高度和寬度，圓波導(dǎo)段(一)(103)和圓波導(dǎo)段(三)(108) 的長(zhǎng)度，使輸出窗在工作頻帶內(nèi)的駐波比小于l. 1。
3) 根據(jù)步驟l)和2)確定的輸出窗的幾何尺寸，再采用三維電磁場(chǎng) 模擬軟件計(jì)算鬼模(TM010模和TE210模)的諧振頻率，如鬼模的諧振頻 率落在工作頻帶以外，則完成設(shè)計(jì)，否則重復(fù)步驟1)和2)，直到輸出窗 的駐波比小于1. 1和鬼模的諧振頻率落在工作頻帶以外同時(shí)滿(mǎn)足。
權(quán)利要求
1.一種消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法，其特征在于該輸出窗的工作頻段為S波段，頻率范圍為3100～3500MHz；選擇窗片材料為95％Al203陶瓷，其介電常數(shù)為9.0；窗片的直徑范圍為76-78mm；窗片的厚度范圍為2.4-2.8mm；三個(gè)直徑不同的圓波導(dǎo)段和二個(gè)錐形波導(dǎo)段的直徑和長(zhǎng)度在76-78mm；BJ32標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的寬度為72.14mm，高度為34.04mm；匹配裝置為4個(gè)材料為無(wú)氧銅的長(zhǎng)方形金屬條，其位置在圓波導(dǎo)段(103)和(108)與矩形波導(dǎo)的交界處，在輸入波導(dǎo)(101)和輸出波導(dǎo)(110)的窄邊上，其長(zhǎng)度為34.04mm，其厚度和寬度應(yīng)在一定范圍內(nèi)；該裝置使盒型輸出窗在工作頻帶內(nèi)無(wú)鬼模，且駐波比小于1.1。
2. —種消除高功率盒型輸出窗鬼模的裝置，其特征在于，該輸出窗由 輸入和輸出波導(dǎo)段、圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、陶瓷窗片和匹配裝置組成，所述圓波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)是由三個(gè)直徑不同的圓波導(dǎo)段和二個(gè)錐形波導(dǎo)段組成，其材料均為無(wú) 氧銅，其直徑與窗片的直徑相同為76 — 78mm，長(zhǎng)度為9 11mm;圓波導(dǎo)段 (103)和(108)的直徑范圍為80 — 82腿，其長(zhǎng)度為4 6mm;錐形波導(dǎo) 段(104)和(107)的兩個(gè)端面直徑分別與圓波導(dǎo)段(105)和(103)相 同，其長(zhǎng)度為4 6腿；匹配裝置(101)和(109)長(zhǎng)度為34. 04mm，寬度 為3 5醒o
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述圓波導(dǎo)段(105)和 與窗片(106)是在氫爐中通過(guò)高溫釬焊的方法焊接，保證輸出窗的真空 密封。
4.按權(quán)利要求l所述的消除高功率盒型輸出窗鬼模的裝置，其特征在于，所述匹配裝置為4個(gè)長(zhǎng)方形金屬條，其材料為無(wú)氧銅，其位置為圓波 導(dǎo)段(103)和(108)與矩形波導(dǎo)的交界處，在輸入波導(dǎo)(101)和輸出 波導(dǎo)(IIO)的窄邊上，其長(zhǎng)度為34. 04mra，厚度為3 4腿，寬度為3 5mm， 對(duì)應(yīng)于矩形波導(dǎo)的寬邊方向。
全文摘要
本發(fā)明一種消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法，涉及電真空器件技術(shù)，是用三段不同直徑的圓波導(dǎo)段和二個(gè)錐形波導(dǎo)段組成的圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)盒形窗的單圓波導(dǎo)段，并在圓波導(dǎo)-矩形波導(dǎo)交界處放置匹配裝置。選擇窗片材料和尺寸、圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸，匹配裝置的尺寸，使盒型輸出窗在3100～3500MHz工作頻帶內(nèi)無(wú)鬼模，且駐波比小于1.1。本發(fā)明方法能夠?qū)⒏吖β屎行洼敵龃霸诠ぷ黝l帶內(nèi)存在的鬼模移出工作頻帶，從而避免高功率輸出窗因鬼模引起損壞的方法。該方法可推廣到其它工作頻率范圍。
文檔編號(hào)H01J23/00GK101281848SQ20081005578
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者丁耀根, 斌 沈, 繆亦珍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所