一种微波输出窗制造技术

本实用新型专利技术提供了一种微波输出窗，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。

Microwave output window

The utility model provides a microwave output window, the microwave output window includes a first metal diaphragm and second metal diaphragm, and the first guard ring and the second protective ring, the microwave output window makes the microwave dielectric window chip for traveling wave field, the dielectric window chip can significantly reduce, avoid the media by the window high frequency breakdown, and obtain higher power capacity than ordinary box type window; the protective ring increases the dielectric window plate and the circular waveguide weld surface area, further reducing the intensity of welding, to avoid the dielectric window breakdown by high frequency dielectric window; film thickness is small, small dielectric loss, reduces medium the loss of power window; the protective ring reduces the dielectric window sealing difficulty, improve the welding reliability of dielectric window plate and circular waveguide.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及大功率真空电子器件
，尤其涉及一种微波输出窗。
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以行波模式传播，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以降低电场强度上，这种方式可以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以驻波形式存在，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；受以上技术缺陷限制，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，本技术提供了一种微波输出窗。(二)技术方案本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：L=λg[12-14πarctan(2λg-λg′/λg′λg)]]]>式中λg、λ′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λ′g/4，λ′g为微波在介质窗片14外的圆波导13内腔的波导波长。优选地，第一金属膜片15和第二金属膜片16的截面为圆形、矩形或其他形状。优选地，第一防护环17和第二防护环18的截面为圆形、矩形或其他形状。优选地，矩形输入波导11、矩形输出波导12为两端开口、截面为矩形的柱形腔体。优选地，圆波导13为圆柱形腔体，其两端面各开有一开口，开口尺寸与矩形输入波导11和矩形输出波导12的矩形截面的尺寸匹配，圆波导13两端面开口对准矩形输入波导11和矩形输出波导12的开口，分别与矩形输入波导11和矩形输出波导12连接。优选地，其特征在于，介质窗片14为具有一定厚度的圆形窗片，其直径等于圆波导13内腔的直径，其四周密闭固定于圆波导13的内腔壁。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术的微波输出窗具有以下有益效果：(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为本技术实施例的微波输出窗的三维外观图；图3为本技术实施例的微波输出窗的三维半剖视图；图4为本技术实施例的微波输出窗的二维剖视图；图5为本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技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本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窗将一个圆盘介质片密封在截面相同的圆波导中，两端和矩形波导连接。高功率容量的微波输出窗具有重要意义和迫切需求，如何避免介质片被高频电场击穿以提高输出窗的功率容量是一个重要课题，本技术正是提供了一种微波输出窗，可以避免介质片被高频电场击穿，从而提高了输出窗的功率容量。参照图2、图3和图4，在本技术第一实施例中，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、介质窗片14、第一金属膜片15、第二金属膜片16、第一防护环17和第二防护环18。其中，矩形输入波导11、矩形输出波导12为两端开口、截面为矩形的柱形腔体；圆波导13为圆柱形腔体，其两端面各开有一开口，开口尺寸与矩形输入波导11和矩形输出波导12的矩形截面的尺寸匹配，圆波导13两端面开口对准矩形输入波导11和矩形输出波导12的开口，分别与矩形输入波导11和矩形输出波导12连接；介质窗片14为具有一定厚度的圆形窗片，其直径等于圆波导13内腔的直径，其四周密闭固定于圆波导13的内腔壁；第一金属膜片15位于矩形输入波导11的靠近圆波导13的腔体端部，其为矩形环状结构，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的内腔壁；第二金属膜片16位于矩形输出波导12的靠近圆波导13的腔体端部，其为矩形环状结构，该矩形环状结构的外周长等于矩形输出波导12矩形截面的内周长，其四边固定于矩形输出波导12的内腔壁；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，其分别紧贴介质窗片14的两侧固定于圆波导13的内腔壁。本技术的微波输出窗，微波本文档来自技高网...

【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】
1.一种微波输出窗，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。2.如权利要求1所述的微波输出窗，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的微波输出窗，其特征在于，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。4.如权利要求2所述的微波输出窗，其特征在于，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：L=λg[12-14πarctan(2&lambda...

【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：新型
国别省市：北京;11