专利名称：一种大功率全带宽矩形波导介质输出窗的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矩形气密波导介质输出窗。
背景技术：
近年来，随着微波传输频率的增大、功率的升高，具有一定气密性，能承受一定气压的密闭式微波传输系统越来越受到人们重视。特别是高功率天馈系统，往往需要其能保持一定水平的真空度或直接充入干燥的惰性气体才能正常工作，因此对密闭式微波传输系统提出了更高的技术要求。充气型矩形波导是高功率微波传输系统中最重要的传输馈线之一，因应用环境的特殊性，在其电真空环境或气氛环境与自由空间相稱合的地方，一般需配接一段盒型输出窗保证整体传输系统的封闭性。矩形介质输出窗作为盒型窗的一种，是密闭型矩形波导关键部件之一。典型的矩形介质输出窗是在矩形波导中间直接插入一段介质片，其结构简单、工艺成熟，是目前应用最广泛的一种盒型输出窗。但介质片的存在造成介电常数的不连续，使得电磁波在介质片两侧附近极易产生高次模。另外，电磁波在介质片表面本身有一定的反射和折射，也直接影响了其传输带宽和功率容量等电气性能。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种大功率全带宽矩形波导介质输出窗，其结构能在满足良好机械性能和密封性能要求的同时，使得使用该介质输出窗的矩形气密波导具有小反射全带宽输出的优良电气性能。为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是:—种大功率全带宽矩形波导介质输出窗,其特征在于:所述介质输出窗主要由输入端法兰1、气嘴2、波导腔体3、输出端法兰4组成；所述波导腔体3为多台阶矩形硬波导腔体，用于完成整个介质输出窗电磁波信号的传输，其采用的是内腔尺寸从左到右递增的多台阶切比雪夫结构，内腔尺寸最小的端口为波导腔体3的输入端，内腔尺寸最大的端口为波导腔体3的输出端；在波导腔体3上设有气嘴2用于充气和抽气；所述波导腔体3内腔最大尺寸的台阶区域，沿波导腔体的长度方向在其相对的两窄边壁的中心处分别设有凸出的脊34，两脊34呈中心对称设置；所述波导腔体3的输入端上固接输入端法兰I ;所述介质片42设置在波导腔体3的输出端口，用于实现自由空间和真空或气氛传输环境之间的隔离；所述波导腔体3的输出端上固接输出端法兰4。所述波导腔体3的输入端与输入端法兰I之间为钎焊固接；所述波导腔体3的输出端与输出端法兰4之间为钎焊固接；所述输出端法兰4为三层式的夹层结构，由钎焊在波导腔体3输出端上的底层41、介质片42、法兰封装盖43组成；底层41上开设有安装槽用于封装介质片42，介质片42用真空密封胶粘接在安装槽内；法兰密封盖43与底层41之间通过螺钉固接，用于将介质片42封装在输出端法兰4内。[0009]本实用新型可带来以下有益效果:一、本实用新型具有良好的机械性能、密封性能和电气性能。本实用新型采用切比雪夫多台阶过渡结构，整个介质输出窗电磁波信号的传输由多台阶硬波导腔体完成，根据技术指标的需要，可实现三台阶、四台阶等不同台阶的过渡结构，并在窄边位置加工有对称结构的脊，容易保证技术指标的实现，具有优良的微波传输性能；输入端法兰和输出端法兰起端口接馈作用，介质片封装在输出端法兰内。采用本实用新型结构的介质输出窗与传统结构的介质输出窗相比，电压驻波比(VSWR)最大可降低20%，损耗可降低10%。二、本实用新型结构合理、易于加工和使用。本实用新型的硬波导腔体和输入端法兰、输出端法兰是分开加工，再钎焊连接的。在不影响零部件尺寸精度的基础上，不但方便了机械加工而且节约了成本。本实用新型输出端法兰采用三层式夹层结构将介质片封装，并可以通过拆卸法兰密封盖与底层之间的安装螺钉很容易地实现易损件即介质片的随意更换。本实用新型可实现最大2 kW的平均功率、10 kW的峰值功率。其结构紧凑,强度高，稳定性好，在0.2 MPa的气压下在线测试，无机械变形，无电气性能失真。经过高频振动(GJB360-2009.204 条件 A)、随机振动(GJB360-2009.214 条件 A)、冲击(GJB360-2009.213条件G)等力学试验，盐雾(GJB360-2009.101条件B)、温度冲击(GJB360-2009.107条件A)无机械变形，无破坏性腐蚀，电气性能符合技术指标要求。
图1:本实用新型一个实施例的结构示意图图2:图1所示实施例的输出端法兰的结构示意图图3:图1所示实施例的剖视图图4 (a):图1所示实施例的波导腔体3的剖视图图4 (b):图4 Ca)所示波导腔体3的右视图图5:图1所示实施例的输入端法兰的结构示意图图6 (a):图2所示输出端法兰的底层的结构示意图图6 (b):图2所示输出端法兰的法兰封装盖的主视图图6 (C):图6 (b)所示法兰封装盖的仰视图图7:图1所示实施例的X波段电压驻波比仿真曲线
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，I为输入端法兰、2为气嘴、3为波导腔体、4为输出端法兰。如图2所示，41为输出端法兰底层、42为介质片、43为法兰封装盖、44为安装螺钉。本实施例的矩形波导介质输出窗，整个介质输出窗电磁波信号的传输由多台阶硬波导腔体3完成；输入端法兰I和输出端法兰4主要起端口接馈作用；硬波导腔体3的宽边位置焊有气嘴2，气嘴2为保证密封环境的重要部件，起充气和抽气作用。硬波导腔体3内腔设计为切比雪夫多台阶过渡结构。波导腔体3内腔最大尺寸的台阶区域，沿波导腔体3的长度方向在其相对的两窄边壁的中心处分别设有凸出的脊34，两脊34呈中心对称设置。输入端法兰I和输出端法兰4与硬波导腔体3通过钎焊相固接。输入端法兰I钎焊连接到硬波导腔体3的输入端即内腔尺寸最小的端口。输出端法兰4为由底层41、介质片42、法兰封装盖43组成的三层式的夹层结构，其底层41钎焊连接到硬波导腔体3的输出端即内腔尺寸最大的端口，底层41上设计有用于封装介质片42的安装槽，介质片42用真空密封胶粘接在安装槽内；法兰封装盖43通过螺钉44与底层41相固定，法兰密封盖43将介质片42封装在输出端法兰4内，用于实现自由空间和真空或气氛传输环境的隔离。参见图3，本实施例采用根据技术指标设计的切比雪夫三台阶过渡结构；图3中，31为第一台阶、32为第二台阶、33为第三台阶、34为窄边壁上凸起的脊、45为螺钉孔安装孔、42为介质片。图4 (a)、图4 (b)所示的是波导腔体3的结构，在第三台阶33区域的两窄边上均设置有脊34，两脊34的位置呈中心对称。图5所示为输入端法兰1，为标准样式法兰(GB 11449.2)。图6 (a)为本实施例的输出端法兰4的底层41结构示意图，图6 (b)、图6 (C)所示为本实施例的输出端法兰4的法兰封装盖43结构示意图；本实施例中法兰封装盖43通过标准内六角螺钉44连接到底层41上实现对介质片42的密封，相对于焊接封装的方式，采用本实施例的方式封装，更容易实现易损件即介质片42的随意更换。图4 (a)、图4 (b)、图5、图6 (a)、图6 (b)、图6 (C)中标注的零部件尺寸A、B、C、D、A1、B1、A2、B2、L1、L2、L3是根据设定的传输频段、电压驻波比、衰减等性能要求，通过常规的设计手段获得。不同要求的传输频段、电压驻波比、衰减，相对应的矩形波导介质输出窗尺寸也不同。图7中曲线a为根据设定宽带的传输频段要求，通过本实施例的设计方法，利用HFSS软件所得电压驻波比的仿真曲线，曲线b线为根据设定窄带的传输频段要求，通过本实施例的设计方法，利用HFSS软件所得电压驻波比的仿真曲线。采用本实施例的方式，可以使电压驻波比等关键参数达到最优的性能。
权利要求1.一种大功率全带宽矩形波导介质输出窗，其特征在于:所述介质输出窗主要由输入端法兰(I)、气嘴(2)、波导腔体(3)、输出端法兰(4)组成； 所述波导腔体(3)为多台阶矩形硬波导腔体，用于完成整个介质输出窗电磁波信号的传输，其采用的是内腔尺寸从左到右递增的多台阶切比雪夫结构，内腔尺寸最小的端口为波导腔体(3)的输入端，内腔尺寸最大的端口为波导腔体(3)的输出端；在波导腔体(3)上设有气嘴(2)用于充气和抽气；所述波导腔体(3)内腔最大尺寸的台阶区域，沿波导腔体的长度方向在其相对的两窄边壁的中心处分别设有凸出的脊(34)，两脊(34)呈中心对称设置；所述波导腔体(3)的输入端上固接输入端法兰(I);所述介质片(42)设置在波导腔体(3)的输出端口，用于实现自由空间和真空或气氛传输环境之间的隔离；所述波导腔体3的输出端上固接输出端法兰(4)。
2.按照权利要求1所述的一种大功率全带宽矩形波导介质输出窗，其特征在于:所述波导腔体(3)的输入端与输入端法兰(I)之间为钎焊固接；所述波导腔体(3)的输出端与输出端法兰(4)之间为钎焊固接；所述输出端法兰(4)为三层式的夹层结构，由钎焊在波导腔体(3)输出端上的底层(41)、介质片(42)、法兰封装盖(43)组成；底层(41)上开设有安装槽用于封装介质片(42 )，介质片(42 )用真空密封胶粘接在安装槽内；法兰密封盖(43 )与底层(41)之间通过螺钉固接，用于将介质片(42)封装在输出端法兰(4)内。
专利摘要本实用新型涉及矩形气密波导介质输出窗。所要解决的技术问题是提供一种大功率全带宽矩形波导介质输出窗，其结构能在满足良好机械性能和密封性能要求的同时，使得使用该介质输出窗的矩形气密波导具有小反射全带宽输出的优良电气性能。其特征在于所述介质输出窗主要由输入端法兰(1)、气嘴(2)、波导腔体(3)、输出端法兰(4)组成。本实用新型采用切比雪夫多台阶过渡结构，整个介质输出窗电磁波信号的传输由多台阶硬波导腔体完成；输入端法兰和输出端法兰起端口接馈作用，介质片封装在输出端法兰内。采用本实用新型结构的介质输出窗与传统结构的介质输出窗相比，电压驻波比(VSWR)最大可降低20%，损耗可降低10%。
文档编号H01P1/08GK202949023SQ201220576398
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者张祎, 洪晓亮, 韩婷 申请人:中国电子科技集团公司第二十三研究所