一种高峰值功率辐射式水负载及其制作方法技术

一种高峰值功率辐射式水负载及其制作方法，该高峰值功率辐射式水负载包括波导件，波导件包括依次连接的矩形波导、锥形渐变波导和圆波导；陶瓷窗片，设置在圆波导一端面处，且与圆波导同轴设置；以及金属水盖，其通过金属封接件与陶瓷窗片连接，且与陶瓷窗片之间形成密封的水室。本发明专利技术借助锥形渐变将矩形波导逐步过渡为圆波导，同时位于圆波导末端的陶瓷窗片与圆波导的轴线垂直，这种结构形式有效降低陶瓷窗片与金属件的配合及封接难度，保证良好的电接触，显著降低了陶瓷窗片及其附近区域的微波功率密度和电场强度，特别是陶瓷窗片与配合底面连接处的电场强度，使得水负载的峰值功率容量明显提高，可达到几兆瓦至几十兆瓦。

【技术实现步骤摘要】
一种高峰值功率辐射式水负载及其制作方法
本专利技术涉及微波水负载领域，具体涉及一种高峰值功率辐射式水负载及其制作方法。
技术介绍
电子加速器在医疗、工业辐照，大科学装置等领域有着重要应用，而高峰值功率微波源作为电子加速器的重要组成，有着大量需求。目前，这种高峰值功率微波源的峰值功率一般为几兆瓦至几十兆瓦，平均功率一般为几十千瓦，在输出功率测试时，需要使用水负载作为假负载，吸收微波源输出的高峰值和高平均功率。常见的水负载分为吸收式水负载和辐射式水负载。目前，高峰值功率微波源测试时，一般使用的是吸收式水负载。这种水负载将异形玻璃管作为水室，插入到波导中，吸收微波功率。尽管其匹配性能好，峰值容量高，但也存在玻璃管容易破碎，连接处容易漏水，整体尺寸较大等缺点。而辐射式水负载采用不易破碎的陶瓷窗片和金属水盖构成水室，并将水室置于输出波导的末端以吸收微波功率，其具有体积小、重量轻、可靠性高等特点，在大功率微波源的测试中有着越来越广泛的使用。目前，在高峰值功率微波源测试时，很少使用辐射式水负载，这与现有辐射式水负载的结构密切相关。现有的辐射式水负载中，陶瓷窗片与波导中心轴线有一定夹角，夹角一般为22.5°，如图1所示。这种倾斜设计可以使入射到陶瓷窗片200表面的电磁波在陶瓷表面和波导宽边之间来回反射，使微波全部进入水室，被水吸收，大大提高了水负载的匹配特性和功率容量。不过，这种倾斜设计也使得陶瓷窗片200的配合底面呈斜劈结构，斜劈的尖峰处(图1中的E点和F点)电场集中，又以E点的电场强度为最高，在几兆瓦的高峰值功率测试时，很容易出现高频打火，影响其正常使用。其次，传统的辐射式水负载通常在陶瓷窗片200和金属水盖400之间设计橡胶圈500，并通过夹紧橡胶圈500，实现二者之间的密封，形成密封的水室300，如图1所示。在实际操作中，橡胶圈500很难被完全压入到密封槽中，因此陶瓷窗片200和金属水盖400之间难免出现缝隙，造成二者的电接触不良，在高峰值功率测试时，容易出现高频打火甚至烧毁橡胶圈500引起漏水。并且在辐照等特殊使用环境中，橡胶圈容易出现老化损坏，也限制了水负载的使用性能和使用寿命。本专利技术针对现有辐射式水负载的上述缺点，提出了一种高峰值功率辐射式水负载，可以承受几兆瓦至几十兆瓦的峰值功率，而且免去了橡胶圈的使用，结构更可靠，可承受峰值功率更高，可用于辐照等特殊环境中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种高峰值功率辐射式水负载及其制作方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种辐射式水负载，包括：波导件，包括依次连接的矩形波导、锥形渐变波导和圆波导；陶瓷窗片，设置在圆波导一端面处，且与圆波导同轴设置；以及金属水盖，其通过金属封接件与陶瓷窗片连接，且与陶瓷窗片之间形成密封的水室。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种如上所述的辐射式水负载的制作方法，包括：将金属封接件的钎焊焊边与陶瓷窗片配合，并实施钎焊连接，形成窗片组件；将窗片组件以金属封接件的对中孔为基准修整金属封接件的外圆；以金属封接件的对中孔和金属水盖的对中凸台为配合基准，将金属封接件的氩弧焊焊边与金属水盖上的氩弧焊焊边对齐并实施氩弧焊连接。基于上述技术方案可知，本专利技术的辐射式水负载及其制作方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：1、本专利技术中的辐射式水负载借助锥形渐变将矩形波导逐步过渡为圆波导，同时位于圆波导末端的陶瓷窗片与圆波导的轴线垂直，这种结构形式不仅可以有效降低陶瓷窗片与金属件的配合及封接难度，保证良好的电接触，更重要的是可以显著降低陶瓷窗片及其附近区域的微波功率密度和电场强度，特别是陶瓷窗片与配合底面连接处的电场强度，使得水负载的峰值功率容量明显提高，可达到几兆瓦至几十兆瓦；2、本专利技术中水负载的水室密封依靠钎焊和氩弧焊密封连接实现，气体密封依靠夹紧金属垫实现，不仅可以有效保证水、气、电磁的密封，而且免去了橡胶圈的使用，提高了水负载在高峰值功率测试时的可靠性，也使得水负载可用于辐照等特殊环境中；同时，水室组件的制备分为三个环节，不仅可以有效提高水室组件、水负载制作的成品率；也有利于水负载的返修，减少维护成本；3、在实际用于工业辐照的大功率速调管的测试中，研制的S波段高峰值功率辐射式水负载可以承受峰值功率5MW，平均功率45kW的微波测试，工作稳定可靠。附图说明图1为传统的辐射式水负载结构示意图；图2为本专利技术实施例中高峰值功率辐射式水负载的结构示意图；图3为图2中C处结构放大示意图。附图标记说明：
技术介绍
部分：100-波导法兰；101-波导本体；102-波导圆法兰；200-陶瓷窗片；300-水室；400-金属水盖；401-水嘴；500-橡胶圈；600-螺钉；具体实施方式部分：1-波导件、11-波导法兰、12-矩形波导、13-锥形渐变波导、14-圆波导、15-窗片配合孔、16-圆法兰、2-陶瓷窗片、3-金属封接件、31-钎焊焊边、32-氩弧焊焊边、33-对中孔；4-金属垫、5-紧固件、6-金属水盖、61-对中凸台、62-水盖焊边、63-金属垫凹槽、64-水盖法兰、65-出水水嘴、66-入水水嘴、7-水室。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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种辐射式水负载，包括：波导件，包括依次连接的矩形波导、锥形渐变波导和圆波导；陶瓷窗片，设置在圆波导一端面处，且与圆波导同轴设置；以及金属水盖，其通过金属封接件与陶瓷窗片连接，且与陶瓷窗片之间形成密封的水室。在本专利技术的一些实施例中，所述圆波导的直径为矩形波导对角线的1至2倍。在本专利技术的一些实施例中，所述金属封接件上设有对中孔，所述金属水盖上设有与对中孔配合的对中凸台。在本专利技术的一些实施例中，所述金属封接件包括钎焊焊边和氩弧焊焊边；在本专利技术的一些实施例中，所述金属封接件的钎焊焊边与陶瓷窗片钎焊连接；在本专利技术的一些实施例中，所述金属封接件的氩弧焊焊边与金属水盖氩弧焊连接。在本专利技术的一些实施例中，所述波导件还包括用于和金属水盖连接的圆法兰；在本专利技术的一些实施例中，所述圆法兰与设置在金属水盖上的水盖法兰连接；在本专利技术的一些实施例中，所述圆法兰与水盖法兰通过紧固件固定。在本专利技术的一些实施例中，所述辐射式水负载还包括金属垫；在本专利技术的一些实施例中，所述金属垫设置在圆波导与金属水盖之间；在本专利技术的一些实施例中，所述金属水盖上设有用于放置金属垫的金属垫凹槽。在本专利技术的一些实施例中，所述波导件还包括用于放置陶瓷窗片的窗片配合孔；在本专利技术的一些实施例中，所述窗片配合孔与圆波导同轴。在本专利技术的一些实施例中，所述波导件还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辐射式水负载，包括：/n波导件，包括依次连接的矩形波导、锥形渐变波导和圆波导；/n陶瓷窗片，设置在圆波导一端面处，且与圆波导同轴设置；以及/n金属水盖，其通过金属封接件与陶瓷窗片连接，且与陶瓷窗片之间形成密封的水室。/n

【技术特征摘要】
1.一种辐射式水负载，包括：
波导件，包括依次连接的矩形波导、锥形渐变波导和圆波导；
陶瓷窗片，设置在圆波导一端面处，且与圆波导同轴设置；以及
金属水盖，其通过金属封接件与陶瓷窗片连接，且与陶瓷窗片之间形成密封的水室。


2.根据权利要求1所述的辐射式水负载，其特征在于，
所述圆波导的直径为矩形波导对角线的1至2倍。


3.根据权利要求1所述的辐射式水负载，其特征在于，
所述金属封接件上设有对中孔，所述金属水盖上设有与对中孔配合的对中凸台。


4.根据权利要求1所述的辐射式水负载，其特征在于，
所述金属封接件包括钎焊焊边和氩弧焊焊边；
其中，所述金属封接件的钎焊焊边与陶瓷窗片钎焊连接；
其中，所述二金属封接件的氩弧焊焊边与金属水盖氩弧焊连接。


5.根据权利要求1所述的辐射式水负载，其特征在于，
所述波导件还包括用于和金属水盖连接的圆法兰；
其中，所述圆法兰与设置在金属水盖上的水盖法兰连接；
其中，所述圆法兰与水盖法兰通过紧固件固定。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海兵，陆登峰，李伟松，刘楠洋，唐科，肖韧，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11