一种微波输出窗及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种微波输出窗及其制造方法，该微波输出窗包含第一金属膜片和第二金属膜片，以及第一防护环和第二防护环，该微波输出窗使得介质窗片内的微波为行波状态，介质窗片内的场强可显著降低，避免了介质窗片被高频击穿损坏，进而获得较普通盒型窗更高的功率容量；防护环增大了介质窗片与圆波导焊接处的表面积，进一步减小了焊接处的场强，避免了介质窗片被高频击穿损坏；介质窗片厚度小，介质损耗小，降低了介质窗片损耗功率；防护环的存在降低了介质窗片的封接难度，提高了介质窗片与圆波导的焊接可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及大功率真空电子器件
，尤其设及一种微波输出窗及其制造方 法。
技术介绍
高能加速器、对撞机、自由电子激光器等大型科学实验装置的发展对数十到百兆 瓦功率量级的速调管提出了需求。此类速调管的设计、制作与测试具有很高的难度，尤其体 现在其输出窗部件上。输出窗在速调管中有两个功能，一是保证速调管与外界的真空隔离， 二是把微波能量高效率地传输至外负载。随着微波功率量级的提高，输出窗介质窗片处的 场强急剧增大，容易发生高频击穿，使介质窗片损坏。为此，需要发展具有更高功率容量的 速调管输出窗。 速调管的微波输出一般采用盒形窗（见文献"大功率速调管输出窗设计的研究"， 北京广播学院学报，2004年12月，第11卷，第4期），其结构如图1所示，其由圆波导13、介质窗 片14、矩形输入波导11、矩形输出波导12组成。其介质窗片14的厚度为1/2波导波长，在介质 窗片两侧的微波均W行波模式传播，而介质窗片内的微波则为驻波模式。 在高峰值功率速调管中，输出窗的主要失效原因是高频电场击穿造成介质窗片损 坏。若要提高输出窗功率容量，主要是降低介质窗片处的电场强度。为此，国外学者曾提出 大半径盒形窗、长尺寸盒形窗、波纹介质窗片盒形窗等结构，其思路集中在加大介质窗片表 面积W降低电场强度上，运种方式可W在一定程度上提高功率容量，但效果并不显著。同 时，输出窗几何尺寸的扩大是有限度的，当介质窗片直径大于波导对角线长度过多时，容易 引起非工作模式振荡现象，加大介质窗片损坏的几率。现有技术存在如下技术缺陷： (1)在普通盒型窗中，介质窗片内的微波场W驻波形式存在，电场强度大，容易引 起高频击穿； (2)介质窗片较厚，容易引起振荡模式，且介质损耗大； (3)介质窗片与圆波导焊接处未采取保护措施，焊接造成的不均匀性容易引起高 频击穿;受W上技术缺陷限制，普通盒型窗功率容量较低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种微波输出窗及其制造方 法。 (二很术方案 本专利技术提供了一种微波输出窗，该微波输出窗包括矩形输入波导11、矩形输出波 导12、圆波导13、第一金属膜片15和第二金属膜片16,其中，第一金属膜片15为矩形环状结 构，该矩形环状结构的外周长等于矩形输入波导11矩形截面的内周长，其四边固定于矩形 输入波导11的靠近圆波导13的内腔壁;第二金属膜片16为矩形环状结构，该矩形环状结构 的外周长等于矩形输入波导12矩形截面的内周长，其四边固定于矩形输入波导12的靠近圆 波导13的内腔壁。 优选地，该微波输出窗还包括介质窗片14、第一防护环17和第二防护环18,第一防 护环17和第二防护环18为圆环结构，圆环的外直径等于圆波导13内腔的直径，第一防护环 17和第二防护环18分别紧贴介质窗片14的两侧并固定于圆波导13的内腔壁。 优选地，第一金属膜片15和第二金属膜片16与介质窗片14阻抗匹配，微波在介质 窗片14表面无反射，介质窗片14内的微波呈行波状态。 优选地，第一金属膜片15和第二金属膜片16与介质窗片14表面的距离L满足： 式中g分别为微波在介质窗片14内和介质窗片14外的圆波导13内腔的波导波 长。优选地，介质窗片14厚度为V g/4，A^ g为微波在介质窗片14外的圆波导13内腔的波 导波长。 本专利技术还提供了一种微波输出窗的制造方法，具体包括:步骤A:将介质窗片14、第 一防护环17和第二防护环18固定于圆波导13内腔;在步骤A之前、之后或同时，还包括步骤 B:将第一金属膜片15、第二金属膜片16分别固定于矩形输入波导11和矩形输出波导12;步 骤C:将矩形输入波导11和矩形输出波导12连接至圆波导13,制成微波输出窗。 优选地，步骤A具体包括:子步骤A1:将第一防护环17放置于圆波导13内腔，四周与 圆波导13内腔壁接触，将圆波导13放入高溫针焊炉，将第一防护环17焊接至圆波导13内腔； 子步骤A2:将介质窗片14放置于圆波导13内腔并紧贴第一防护环17,四周与圆波导13内腔 壁接触，将圆波导13放入高溫针焊炉，将介质窗片14焊接至圆波导13内腔;子步骤A3:将第 二防护环18放置于圆波导13内腔并紧贴介质窗片14,四周与圆波导13内腔壁接触，将圆波 导13放入高溫针焊炉，将第二防护环18焊接至圆波导13内腔。 优选地，步骤A具体包括:子步骤ΑΓ:将介质窗片14放置于圆波导13内腔，四周与 圆波导13内腔壁接触，将圆波导13放入高溫针焊炉，将介质窗片14焊接至圆波导（13)内腔； 子步骤A2'：将第一防护环17和第二防护环18放置于圆波导13内腔并紧贴介质窗片14,四周 与圆波导13内腔壁接触，将圆波导13放入高溫针焊炉，将第一防护环17和第二防护环18焊 接至圆波导13内腔。 优选地，步骤B具体包括:将第一金属膜片15和第二金属膜片16分别放置于矩形输 入波导11和矩形输出波导12,四周与矩形输入波导11和矩形输出波导12的内腔壁接触，将 矩形输入波导11和矩形输出波导12放入高溫针焊炉，将第一金属膜片15和第二金属膜片16 焊接至矩形输入波导11和矩形输出波导12。 优选地，步骤C具体包括:将矩形输入波导11和矩形输出波导12分别放置于圆波导 13两端，并放入高溫针焊炉，将矩形输入波导11和矩形输出波导12焊接至圆波导13,制成微 波输出窗。 (Ξ巧益效果从上述技术方案可W看出，本专利技术的微波输出窗及其制造方法具有W下有益效 果： (1)介质窗片内的微波为行波状态，介质窗片内的场强可显著降低，避免了介质窗 片被高频击穿损坏，进而获得较普通盒型窗更高的功率容量； (2)防护环增大了介质窗片与圆波导焊接处的表面积，进一步减小了焊接处的场 强，避免了介质窗片被高频击穿损坏； (3)介质窗片厚度小，介质损耗小，降低了介质窗片损耗功率； (4)防护环的存在降低了介质窗片的封接难度，提高了介质窗片与圆波导的焊接 可靠性。【附图说明】 图1为现有技术的微波输出窗的结构图； 图2为本专利技术实施例的微波输出窗的Ξ维外观图；图3为本专利技术实施例的微波输出窗的Ξ维半剖视图； 图4为本专利技术实施例的微波输出窗的二维剖视图； 图5为本专利技术实施例的微波输出窗的制造方法流程图。 【符号说明】 11-矩形输入波导；12-矩形输出波导；13-圆波导；14-介质窗片；15-第一金属膜 片；16-第二金属膜片；17-第一防护环；18-第二防护环。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。 作为大功率微波电子系统的关键部件，微波输出窗将高频功率传送出去的同时， 还使器件内部保持良好的气密性。普遍使用的盒型输出当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波输出窗，其特征在于，该微波输出窗包括矩形输入波导(11)、矩形输出波导(12)、圆波导(13)、第一金属膜片(15)和第二金属膜片(16)，其中，第一金属膜片(15)为矩形环状结构，该矩形环状结构的外周长等于矩形输入波导(11)矩形截面的内周长，其四边固定于矩形输入波导(11)的靠近圆波导(13)的内腔壁；第二金属膜片(16)为矩形环状结构，该矩形环状结构的外周长等于矩形输入波导(12)矩形截面的内周长，其四边固定于矩形输入波导(12)的靠近圆波导(13)的内腔壁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，张志强，丁海兵，王勇，王新蕾，薛明，杨修东，廖云峰，张波，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11