高功率截頂型微波輸出窗的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了高功率截頂型微波輸出窗，包括順次相接的輸入方波導(dǎo)、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、工型介質(zhì)窗片、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)、輸出圓波導(dǎo)，所述工型介質(zhì)窗片的縱切面形狀為工字型，工字型的一側(cè)與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，另一側(cè)與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，靠近工型介質(zhì)窗片的輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)內(nèi)壁上設(shè)有場(chǎng)抑制環(huán)。本發(fā)明在工型介質(zhì)窗片的輸入面采用場(chǎng)抑制環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效提高功率容量。通過(guò)調(diào)整輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、場(chǎng)抑制環(huán)、工型介質(zhì)窗片和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)的尺寸參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸入方波導(dǎo)到輸出圓波導(dǎo)的高效率微波傳輸，具有緊湊化和高峰值功率容量的特點(diǎn)，適用于高功率條件下微波饋線系統(tǒng)內(nèi)的隔斷和密封。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
高功率截頂型微波輸出窗
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域，特別是高功率微波傳輸與輻射技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及高功率截頂型微波輸出窗。
【背景技術(shù)】
[0002]輸出窗是伴隨著微波器件的出現(xiàn)而誕生的，對(duì)器件和系統(tǒng)的功率容量、高頻特性、可靠性和使用壽命具有重要影響。它在微波電真空器件的應(yīng)用中主要起兩方面作用:一方面完成真空或氣體的密封；另一方面保證微波較低反射的正常透射，從而達(dá)到電磁波能量正常傳遞的效果。微波輸出窗廣泛應(yīng)用于各類(lèi)微波電真空器件，如大功率速調(diào)管、回旋管、行波管等，是高功率微波電真空器件、加速器和其他高功率微波電子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，是微波系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。
[0003]隨著系統(tǒng)峰值功率和平均功率的增大，對(duì)微波輸出窗的性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有的微波輸出窗在可靠性、帶寬、散熱性能、輸出模式和效率等方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，但這些輸出窗的尺寸普遍較大，無(wú)法同時(shí)滿足高功率容量和緊湊化的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供高功率截頂型微波輸出窗，解決了現(xiàn)有微波輸出窗尺寸普遍較大，無(wú)法同時(shí)滿足高功率容量和緊湊化的應(yīng)用需求的需求。在滿足高功率容量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了窗的緊湊化設(shè)計(jì)，可用于高功率條件下微波饋線系統(tǒng)內(nèi)的隔斷和密封。通過(guò)在輸出窗中采用截頂結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)窗片場(chǎng)強(qiáng)分布的均勻化，有助于輸出窗在較小尺寸下獲得較高的功率容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的緊湊化；同時(shí)，采用了工字型窗片結(jié)構(gòu)，可以有效抑制三相點(diǎn)處的二次電子倍增，從而提高了介質(zhì)窗的功率容量。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
高功率截頂型微波輸出窗，包括順次相接的輸入方波導(dǎo)、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、工型介質(zhì)窗片、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)、輸出圓波導(dǎo)，所述工型介質(zhì)窗片的縱切面形狀為工字型，工字型的一側(cè)與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，另一側(cè)與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，靠近工型介質(zhì)窗片的輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)內(nèi)壁上設(shè)有場(chǎng)抑制環(huán)。
[0006]在工型介質(zhì)窗片的輸入面采用場(chǎng)抑制環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效提高功率容量。通過(guò)調(diào)整輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、場(chǎng)抑制環(huán)、工型介質(zhì)窗片和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)的尺寸參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸入方波導(dǎo)到輸出圓波導(dǎo)的高效率微波傳輸。
[0007]具體地，所述輸入方波導(dǎo)、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、工型介質(zhì)窗片、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)、輸出圓波導(dǎo)共軸。
[0008]進(jìn)一步地，所述輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)與工型介質(zhì)窗片之間還設(shè)有密封槽。所述密封槽為環(huán)形密封槽。通過(guò)密封槽和工型介質(zhì)窗片可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出的氣密封。
[0009]為了完善密封槽的密封功能，在靠近工型介質(zhì)窗片的輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)還連接有外壁，該外壁與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)一起將工型介質(zhì)窗片橫向卡接在內(nèi)，且該外壁的另一端與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接觸并可拆卸。
[0010]另外，輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)均為方形波導(dǎo)。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明在工型介質(zhì)窗片的輸入面采用場(chǎng)抑制環(huán)結(jié)構(gòu)，可以有效提高功率容量。通過(guò)調(diào)整輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、場(chǎng)抑制環(huán)、工型介質(zhì)窗片和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)的尺寸參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸入方波導(dǎo)到輸出圓波導(dǎo)的高效率微波傳輸，具有緊湊化和高峰值功率容量的特點(diǎn)，適用于高功率條件下微波饋線系統(tǒng)內(nèi)的隔斷和密封。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(從中部剖開(kāi)后)。
[0013]圖2為本發(fā)明的剖面視圖。
[0014]圖3為圖2的A-A剖面視圖。
[0015]圖4為本發(fā)明-實(shí)施例的數(shù)值模擬結(jié)果-反射曲線。
[0016]圖5為本發(fā)明-實(shí)施例的數(shù)值模擬結(jié)果-陶瓷環(huán)表面電場(chǎng)。
[0017]其中，附圖中標(biāo)記對(duì)應(yīng)的零部件名稱(chēng)為:
I 一輸入方波導(dǎo)，2—輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)，3—場(chǎng)抑制環(huán)，4 一密封槽，5—工型介質(zhì)窗片，6—輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)，7—輸出圓波導(dǎo)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0019]如圖1-3所示，高功率截頂型微波輸出窗，主要由輸入方波導(dǎo)1、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)
2、場(chǎng)抑制環(huán)3、密封槽4、工型介質(zhì)窗片5、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6、輸出圓波導(dǎo)7組成，輸入方波導(dǎo)I經(jīng)過(guò)輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2與工型介質(zhì)窗片5相接，再由輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6連接到輸出圓波導(dǎo)7，各結(jié)構(gòu)均共軸。
[0020]在工型介質(zhì)窗片5的輸入面采用場(chǎng)抑制環(huán)3結(jié)構(gòu)，可以有效提高功率容量。通過(guò)調(diào)整輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2、場(chǎng)抑制環(huán)3、工型介質(zhì)窗片5和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6的尺寸參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸入方波導(dǎo)I到輸出圓波導(dǎo)7的高效率微波傳輸。通過(guò)密封槽4和工型介質(zhì)窗片5可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出的氣密封。
[0021]在本實(shí)施例中，輸入方波導(dǎo)I直接過(guò)渡到輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2，且輸入方波導(dǎo)I尺寸小于輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2，輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2直接過(guò)渡到工型介質(zhì)窗片5，且輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2尺寸小于工型介質(zhì)窗片5;工型介質(zhì)窗片5的縱切面形狀為工字型，工字型的一側(cè)與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2相接，另一側(cè)與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6相接，輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6直接過(guò)渡到輸出圓波導(dǎo)7，且輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6的尺寸大于輸出圓波導(dǎo)7。輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2靠近工型介質(zhì)窗片5的一端還連接有外壁，該外壁與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2—起將工型介質(zhì)窗片橫向卡接在內(nèi)，且該外壁的另一端與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6相接觸并可拆卸。
[0022]在工型介質(zhì)窗片5的輸入面還刻有多個(gè)槽，該槽在工型介質(zhì)窗片的切向方向上設(shè)置，每個(gè)槽為等腰三角形槽，槽的周期大于1mm，刻槽區(qū)域是切向場(chǎng)較大的區(qū)域非整個(gè)面，作用是可提高窗面擊穿閾值，提高功率容量。
[0023]本實(shí)施例中，輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6均為方形波導(dǎo)。
[0024]場(chǎng)抑制環(huán)3設(shè)于輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2的內(nèi)壁并靠近工型介質(zhì)窗片5，密封槽4為環(huán)形密封槽，且設(shè)于輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)2與工型介質(zhì)窗片5—側(cè)之間，外壁的另一端與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)6之間也設(shè)有環(huán)形密封槽。
[0025]當(dāng)微波工作頻率為12.5GHz時(shí)，主要尺寸參數(shù)為:輸入方波導(dǎo)邊長(zhǎng)16mm，工型介質(zhì)窗片直徑44mm、高度39.4mm，輸出圓波導(dǎo)直徑21_。
[0026]如圖4、5所示，數(shù)值模擬結(jié)果為:在12-13GHz頻帶范圍內(nèi)，輸出窗反射系數(shù)小于
0.1，窗表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度為976V/m且位于其中間位置，經(jīng)計(jì)算該密封窗的設(shè)計(jì)功率容量約20MW。上述結(jié)果表明，該高功率截頂型微波輸出窗具有結(jié)構(gòu)緊湊、反射小、功率容量高的特性。
[0027]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說(shuō)明的是，基于上述設(shè)計(jì)原理的前提下，為解決同樣的技術(shù)問(wèn)題，即使在本發(fā)明所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出的一些無(wú)實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤(rùn)色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，包括順次相接的輸入方波導(dǎo)、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、工型介質(zhì)窗片、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)、輸出圓波導(dǎo)，所述工型介質(zhì)窗片的縱切面形狀為工字型，工字型的一側(cè)與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，另一側(cè)與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接，靠近工型介質(zhì)窗片的輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)內(nèi)壁上設(shè)有場(chǎng)抑制環(huán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，所述輸入方波導(dǎo)、輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)、工型介質(zhì)窗片、輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)、輸出圓波導(dǎo)共軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，所述輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)與工型介質(zhì)窗片之間還設(shè)有密封槽。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，所述密封槽為環(huán)形密封槽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，靠近工型介質(zhì)窗片的輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)還連接有外壁，該外壁與輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)一起將工型介質(zhì)窗片橫向卡接在內(nèi)，且該外壁的另一端與輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)相接觸并可拆卸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率截頂型微波輸出窗，其特征在于，輸入匹配過(guò)渡波導(dǎo)和輸出匹配過(guò)渡波導(dǎo)均為方形波導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】H01J23/38GK105931936SQ201610429108
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】張健穹, 劉慶想, 李相強(qiáng), 王邦繼
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué), 張健穹, 劉慶想, 李相強(qiáng), 王邦繼