专利名称：圆形槽波导振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于微波、毫米波和亚毫米波的圆形槽波导振荡器，属于振荡器制造的技术领域。
背景技术：
从微波到亚毫米波这一频率范围内，振荡器大体有二类，一类是由真空电子器件与波导结合而成；另一类是固态器件与波导结合而成，本发明属于后者。
振荡器是产生电磁波的源泉，因此它是微波、毫米波和亚毫米波技术中最重要的部件之一。振荡器是有源器件与波导相结合的结果，有一类波导就有一种与该类波导相适应的振荡器。槽波导是一类新型波导，它有尺寸大、功率容量高、损耗低、频带宽、色散小等优点，因此研究开发建立在槽波导基础上的振荡器有重要意义。
虽然国外有人提出过矩形槽波导振荡器和“V”形槽波导振荡器，但是这些所谓的“振荡器”仅仅是矩形波导振荡器加矩形波导—矩形槽波导模式变换器的组合或是菱形波导振荡器加菱形波导—“V”形槽波导模式变换器的组合，它们仅是矩形波导振荡器或菱形波导振荡器，都不是真正意义上的槽波导振荡器。至今国际上还没有一种真正意义上的槽波导振荡器——那就是直接在槽波导内安装固态器件而构成的振荡器。
发明内容
技术问题本实用新型的目的针对现有技术之不足，建立起一种真正意义上的圆形槽波导振荡器，从而可以方便地应用在圆形槽波导系统上或圆形槽波导整机上。装上耦合膜片之后，它还可以应用在矩形波导系统上或矩形波导整机上。
技术方案本实用新型根据圆形槽波导振荡器理论设计而成，在结构上包括上绝缘条、下绝缘条、金属平板、尖劈形匹配干负载，其特征是该圆形槽波导振荡器采用上绝缘条、下绝缘条隔开二块金属平板即前金属平板、后金属平板，上绝缘条、下绝缘条分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条、下绝缘条内侧分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着金属平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔相垂直的晶体管座和同轴低通滤波器，晶体管座和同轴低通滤波器位于同一条轴线上；在晶体管座位于圆形通孔内的一端设有下径向盘，晶体管座的另一端固定在下绝缘条螺母上；在同轴低通滤波器位于圆形通孔内的一端设有上径向盘，同轴低通滤波器的另一端固定在上绝缘条螺母上；晶体管设在晶体管座上并位于下径向盘和上径向盘之间；在圆形通孔的轴线上还设有由短路片、绝缘环、短路片螺帽组成的圆形槽波导可调谐短路活塞和活塞连杆，活塞连杆的外端伸出圆形通孔外，活塞连杆的内端通过短路片螺帽固定有短路片、绝缘环。尖劈形匹配干负载的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。
圆形槽波导可调谐短路活塞中的短路片由多片组成，其平面形状为圆形短路片或带翼短路片，圆形短路片位于圆形通孔中；带翼短路片中的圆形部分位于圆形通孔中，带翼部分位于圆形通孔旁的二块金属平板之间。
在圆形槽波导有活塞连杆的一端面设有盖板，在圆形槽波导的另一端设有耦合膜片，在耦合膜片的中间设有耦合孔。
本发明创造的工作原理及工作过程为圆形槽波导振荡器的工作原理可以用等效电路来说明晶体管的导纳可以表示成Yl＝Gl+JBl，当电压经低通滤波器、径向盘加到晶体管上以后，晶体管会出现负电导现象，即Gl＜0，这表明晶体管的电导非但不是消耗能量，反而是提供能量的源泉，晶体管的引线电感和电容构成Bl，Bl的符号和大小与工作频率有关。
除了晶体管以外的电路和负载的导纳表示为YL＝GL+BL，这里GL是正值表示消耗能量，BL的符号和大小也与工作频率有关。
当晶体管的导纳与外电路的导纳满足以下条件时，圆形槽波导振荡器达到稳定振荡∑G＝Gl+GL＝0∑B＝Bl+BL＝0
负载就源源不断从晶体管中获得微波、毫米波、亚毫米波能量。
有益效果本实用新型建立在圆形槽波导基础之上，圆形槽波导的大尺寸、高功率容量、低损耗、宽频带等优点对圆形槽波导振荡器产生直接的作用，例如1、在短毫米、亚毫米波段，由于矩形波导横截面尺寸很小，加工难度很大，成本很高，圆形槽波导在上述相同的工作波段，横截面尺寸增大很多，加工难度减小，成本降低。
2、在短毫米、亚毫米波段、矩形波导的衰减系数已经大到难以接受的程度，圆形槽波导衰减系数比它小一个数量级以上，所以用圆形槽波导制成的振荡器，损耗小，质量高。
3、如果整机或测量系统是用圆形槽波导建立起来的，那么圆形槽波导振荡器可以直接连接到整机或测量系统上。
我们直接在圆形槽波导内安装固态器件制成振荡器，这才是真正意义上的槽波导振荡器。圆形槽波导振荡器的研制成功，对研制其它各种槽波导振荡器有推动作用。
图1为本实用新型圆形槽波导振荡器的结构示意图，其中图1a是圆形槽波导振荡器的剖面结构示意图，图1b是图1a中的A-A向剖面结构示意图，图1c是图1a的俯视结构示意图。
图2(a)和(b)分别为上、下尖劈形匹配干负载的结构示意图。
图3为绝缘条的三视图，其中图3a是绝缘条的主视图，图3b是绝缘条的俯视图，图3c是绝缘条的左视图。
图4为低通滤波器示例图，图5(a)是图1a中的B-B向剖面结构示意图，其中短路片16为带翼短路片；图5(b)是图1a中的B-B向剖面结构示意图，其中短路片16为圆形短路片。
图6(a)是图1a中的C-C向剖面结构示意图，其中耦合膜片21为圆形孔耦合膜片；图6(b)是图1a中的C-C向剖面结构示意图，其中耦合膜片21为矩形孔耦合膜片。
以上的图中有上绝缘条1-1、下绝缘条1-2、前金属平板2、尖劈形匹配干负载3、螺栓4、后金属平板5、晶体管座6、下绝缘条螺母7、下径向盘8、晶体管9、上径向盘10、同轴低通滤波器11、同轴线外导体12、上绝缘条螺母13、同轴电缆插座14、绝缘套15、短路片16、绝缘环17、短路片螺帽18、活塞连杆19、盖板20、耦合膜片21、耦合孔22、圆形通孔23。
具体实施方式
本实用新型通过以下几步实现(1)圆形槽波导取二块加工后尺寸相同的金属平板，平板长度由设计需要而定，材料可采用铜、黄铜、合金铝等良导体、平板的宽度和高度与传输的工作波长λ有关，λ为自由空间波长。金属平板二边的边缘用螺栓4固定，在端面的上、下方，以二平面接触的边界线为中心线沿长度方向上、下各铣一条长槽，长度与圆形槽波导相同，然后在端面对称中心，沿长度方向，镗一个通孔，孔的直径为0.62λ～2.02λ将螺栓4拆下，每块金属板有孔的一侧，铣去该圆形槽波导两块金属平板之间距离的一半，见图1中前金属平板2和后金属平板5。
尖劈形匹配干负载3是用来吸收到达金属平板边缘的电磁波的关键部件，它用石墨或其它吸收电磁波的固态材料制成(图2)，尖劈部分的尖劈高度＝0.5λ～4λ，图3是绝缘条1用来隔开金属板2和5，尖劈形匹配负载和绝缘条的长度同振荡器的长度，绝缘材料可用胶木、陶瓷等。
把尖劈形匹配负载3、绝缘条1和经上述加工后的二块金属平板重新用螺栓4固定好，然后在绝缘条和上尖劈形匹配干负载上镗一个通孔直径为d2，即为同轴线外导体12的外径，再在绝缘条和上尖劈形匹配干负载的底部将直径为d2的通孔扩大到可以放入上绝缘条螺母13之用，螺母外径为d1，内径为d2＝(0.2～1.5)λ。然后在绝缘条和下尖劈形匹配干负载上镗一个通孔，直径为d5，即晶体管座螺杆之直径，再在绝缘条和下尖劈形匹配干负载的底部将直径为d5的通孔扩大到d1作为嵌入晶体管座螺母7之用，该螺母外径为d1，内径为d5。
(2)晶体管的组装下径向盘8和晶体管座6加工时可以加工成一体，对于封装晶体管，下径向盘中心有内螺纹，供晶体管9旋入其中。对于未封装的晶体管芯片，下径向盘中心有深度为晶体管芯片高度一半的凹坑，供芯片放入之用。晶体管座上面有外螺纹可旋入嵌于下绝缘条上的螺母7。
上径向盘10和低通滤波器内导体加工时也可以加工成一体，低通滤波器内导体的另一端穿过装在上绝缘条1-1上的同轴电缆插座14内导体孔，并固定之。低通滤波器是由金属圆筒作外导体，由多节不同直径和厚度的的圆柱串接起来成为内导体。低通滤波器部份的内外导体间用薄的绝缘层隔开，低通滤波器同轴线输出部分内外导体间用绝缘套15隔开。绝缘材料如聚四氟乙烯等。
上、下径向盘的尺寸相同，盘厚＜0.3λ。上、下径向盘、晶体管座及螺母，低通滤波器及螺母均用良导体如黄铜等制成。
(3)圆形槽波导短路活塞在圆形槽波导内，端面盖板20与晶体管组件之间装有短路活塞。它由多片短路片16和绝缘环17、活塞连杆19组成，短路片之间用聚四氟乙烯圆环17隔开，装在活塞连杆19上。装完第n片短路片后用短路片螺帽18旋紧固定，使成为一组件。活塞连杆穿过安装在圆形槽波导端面盖板20上的对称中心的圆孔与螺旋测微仪相连，如图1所示。
带翼短路片的形状如图5(a)所示，短路片16中圆的直径略小于圆形通孔23的直径，翼片部分的宽度略小于两金属平板之间的距离，以调节活塞时与两金属平板不触碰为宜，但二者之间隙缝应尽量小，翼片部分的翼长为1λ-3λ，短路片也可以制成圆形如图5(b)直径略小于圆形通孔，聚四氟乙烯绝缘环套在连杆上。
短路片用黄铜等良导体，圆绝缘环用聚四氟乙烯等材料，连杆用硬质金属制成如钢等。
(4)输出窗(耦合膜片)在通常情况下，产生的能量沿圆形槽波导的方向输出，也可以在圆形槽波导的端面设一耦合膜片21，产生的能量通过耦合膜片21向外输出。耦合膜片用黄铜等良导体制成，它的对称中心开有耦合孔，孔的形状可以是圆形如图6(a)所示，孔的形状也可以是矩形，如图6(b)所示。
(5)总装配①将各个零件去机油，清洁处理②把带有上径向盘的低通滤波器的滤波器部分的内导体上包上绝缘层，输出同轴线部分的内导体上套上绝缘层15，小心地把它放入同轴线外导体12内；
③在上绝缘条上嵌入上绝缘条螺母13，将同轴线低通滤波器旋入其中；；④在下绝缘条上嵌入下绝缘条螺母7。把晶体管9旋入下径向盘8，并将晶体管座6旋入下绝缘条螺母7；⑤按图1方式组装成短路活塞；⑥把以上各部份按图1方式与圆形槽波导的前金属平板2、后金属平板5、尖劈形匹配干负载3、绝缘条1用螺栓4固定好。此时必须使同轴低通滤波器、上径向盘、晶体管、下径向盘和晶体管座处在同一条轴线上，且保持电性能接触良好；⑦在上绝缘条上安装同轴电缆插座14，使低通滤波器内导体穿过同轴电缆插座14内导体孔，并固定之，使其外导体与低通滤波器外导体相接；⑧在圆形槽波导左端接上盖板20，短路活塞连杆通过盖板中心孔与螺旋测微仪相连接。
⑨在某些情况下，如需与矩形波导系统或整机直接连接时，在圆形槽波导右端接上耦合膜片21。
权利要求1.一种圆形槽波导振荡器，包括上绝缘条、下绝缘条、金属平板、尖劈形匹配干负载，其特征是该圆形槽波导振荡器采用上绝缘条(1-1)、下绝缘条(1-2)隔开二块金属平板即前金属平板(2)、后金属平板(5)，上绝缘条(1-1)、下绝缘条(1-2)分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条(1-1)、下绝缘条(1-2)内侧分别设有尖劈形匹配干负载(3)，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着金属平板长度方向且直径为D的圆形通孔(23)构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔(23)相垂直的晶体管座(6)和同轴低通滤波器(11)，晶体管座(6)和同轴低通滤波器(11)位于同一条轴线上；在晶体管座(6)位于圆形通孔(23)内的一端设有下径向盘(8)，晶体管座(6)的另一端固定在下绝缘条螺母(7)上；在同轴低通滤波器(11)位于圆形通孔内的一端设有上径向盘(10)，同轴低通滤波器(11)的另一端固定在上绝缘条螺母(13)上；晶体管(9)设在晶体管座(6)上并位于下径向盘(8)和上径向盘(10)之间；在圆形通孔(23)的轴线上还设有由短路片(16)、绝缘环(17)、短路片螺帽(18)组成的圆形槽波导可调谐短路活塞和活塞连杆(19)，活塞连杆(19)的外端伸出圆形通孔(23)外，活塞连杆(19)的内端通过短路片螺帽(18)固定有短路片(16)、绝缘环(17)。
2.根据权利要求1所述的圆形槽波导振荡器，其特征在于尖劈形匹配干负载(3)的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。
3.根据权利要求1所述的圆形槽波导振荡器，其特征在于在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。
4.根据权利要求1所述的圆形槽波导振荡器，其特征在于圆形槽波导可调谐短路活塞中的短路片(16)由多片组成，其平面形状为圆形短路片或带翼短路片，圆形短路片位于圆形通孔(23)中；带翼短路片中的圆形部分位于圆形通孔(23)中，带翼部分位于圆形通孔(23)旁二块金属平板之间的空间中。
5.根据权利要求1所述的圆形槽波导振荡器，其特征在于在圆形槽波导有活塞连杆(19)的一端面设有盖板(20)，在圆形槽波导的另一端设有耦合膜片(21)，在耦合膜片(21)的中间设有耦合孔(22)。
专利摘要圆形槽波导振荡器是一种用于微波、毫米波和亚毫米波的圆形槽波导振荡器，该振荡器采用上绝缘条、下绝缘条隔开二块金属平板即前金属平板、后金属平板，上绝缘条、下绝缘条分别位于二块金属平板之间的两侧，在两绝缘条之间分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着金属平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在二块金属平板之间的空隙中设有一个与圆形通孔相垂直的晶体管座和同轴低通滤波器，晶体管设在晶体管座上并位于下径向盘和上径向盘之间；在圆形通孔的轴线上还设有由短路片、绝缘环、短路片螺帽组成的圆形槽波导可调谐短路活塞和活塞连杆，活塞连杆的外端伸出圆形通孔外，内端通过短路片螺帽固定。
文档编号H03B5/18GK2733618SQ20042007978
公开日2005年10月12日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者杨鸿生 申请人:东南大学