一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口的制作方法

本实用新型涉及微波信号传输窗口组件技术领域，具体涉及一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口。

背景技术：

密封窗口主要用于对光的透射和微波信号的传输，同时具备真空密封能力。目前，密封窗口技术主要用于红外探测器、低温接收机、超导接收机中。

在红外应用中，密封窗口主要采用蓝宝石材料，要求透光性好，同时保持较好的真空度，但该密封窗口的介电常数较大，通常不适合微波信号的传输。

对于低温接收机/超导接收机用微波传输窗口而言，通常构建透波窗口的常用材料有硬质泡沫板、聚酰亚胺薄膜和聚四氟乙烯板三种：硬质泡沫板损耗最小，介电常数接近空气，可实现信号传输特性最优化，但无法实现窗口的密封需求，通常需配合一层聚酰亚胺薄膜使用；聚酰亚胺薄膜介电常数较大，不利于信号的传输，通常面临天线回波损耗恶化的问题（尤其在毫米波频段）；聚四氟乙烯板隔热效果好，损耗小，但介电常数相对硬质泡沫较大，也存在天线回波损耗恶化的问题。并且由四氟、聚酰亚胺薄膜制成的密封传输窗口其真空密封性能较差，无法长时间保持良好的真空度（其真空漏率一般在在5.01х10^-9Pa m³/s；放置24h后真空度恶化为1.01х10²Pa左右）；由聚四氟乙烯和聚烯亚胺薄膜制成的窗口，长时间负压使用，容易产生形变，影响使用性能。同时，上述技术所述的传输窗口多为平面结构，对于微波信号的传输应用有一定局限性：微波信号传输窗口一般配合天线、馈源以及接收机使用，馈源用于接收天线的信号，而馈源通常置于接收机内部（在密封传输窗口和杜瓦内部），在前馈式天线中馈源端面与天线反射面之间不允许存在其他金属物体（如果存在将影响天线性能），若采用平面结构的传输窗口样式必然无法满足系统要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口，该窗口不仅能够有效降低电磁波信号的传输反射损耗，改善现有窗口存在大量干扰带的问题，还能够大幅提升真空密封性能，解决传统低温接收机/超导接收机密封透波窗口使用受限问题，且具有良好的隔热效果，有效降低热辐射。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口，包括多层电介质窗以及分别安装在多层电介质窗上下两侧的密封上法兰和密封下法兰。所述多层电介质窗包括由外向内依次设置的第一四氟层、石英层、第二四氟层和隔热层。

进一步的，所述第一四氟层和第二四氟层均采用聚四氟乙烯弹性板材料。

进一步的，所述第一四氟层和第二四氟层分别采用低损耗光学环氧胶粘接在石英层的外侧和内侧，通过加热、加压固化，使层间无缝隙。

进一步的，所述石英层采用高纯度熔融石英材料。

进一步的，所述石英层包括罩壳和沿罩壳下端外周设置的压接边沿；所述压接边沿的上下两侧分别设有一个金属密封圈。石英层的结构为钟罩型，第一四氟层和第二四氟层分别粘接在石英层的外壁和内壁上。隔热层又粘接在第二四氟层的内壁上。整个多层电介质窗的结构也为钟罩型。所述密封上法兰和密封下法兰分别安装在压接边沿的上下两侧。

进一步的，所述隔热层采用聚苯乙烯泡沫。

进一步的，所述隔热层上开设有若干通孔。

进一步的，所述密封上法兰和密封下法兰均采用可伐合金4J29材料。

进一步的，所述密封上法兰和密封下法兰上均开设有应力槽，应力槽为圆环形，其外径与密封法兰外边缘距离保持在2mm~5mm。

进一步的，所述密封上法兰和密封下法兰通过螺钉紧固的方式，与压接边沿及其上下两侧的金属密封圈进行安装固定，实现密封。

由以上技术方案可知，本实用新型采用多层电介质材料构成多层电介质窗，减小了电磁波信号的传输反射损耗，尤其是在毫米波频段，使回波损耗在-20dB以下，传输损耗优于0.05dB。多层电介质窗中多层介质的不同介电常数匹配改善了现有窗口存在大量干扰带（宽带接收，干扰信号能够进入）的问题，增加了滤波效果（20dB以上）。隔热层采用的聚苯乙烯材料还具有隔热效果，降低热辐射。同时，本实用新型能够大幅提升低温/超导接收机的真空密封性能，使真空漏率达到5.01х10^-11Pa m³/s以下。本实用新型所采用的钟罩式的结构也能适应大多数系统使用要求，解决使用受限问题。在本实用新型所述的一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口中，电磁波信号透过由多层电介质材料构成的多层电介质窗进入接收机内部，保证了其低损耗、高真空密封性能，同时能够滤除带外干扰信号，其隔热层能有效减小热辐射；其钟罩式的结构能够应用在前馈式天线系统中，保证馈源面上的无金属物遮挡，有效拓展接收机的应用场合，解决使用受限问题。本实用新型具有信号传输损耗小、静态真空维持时间长、可靠性高等特点。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是本实用新型中多层电介质窗的结构示意图；

图3 是本实用新型中隔热层的结构示意图；

图4 是本实用新型中真空密封方式示意图；

图5 是本实用新型的典型应用示意图。

其中：

1、多层电介质窗，2、密封上法兰，3、密封下法兰，4、第一四氟层，5、石英层，6、隔热层，7、通孔，8、金属密封圈，9、压接边沿，10、天线副反射面，11、天线主反射面，12、杜瓦，13、接收前端组件，14、制冷机，15、馈源，16、馈面，17、第二四氟层，18、应力槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示的一种毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口的结构示意图，该传输窗口包括多层电介质窗1、密封上法兰2和密封下法兰3。密封法兰通常与金属密封圈配合使用，通过压接的方式进行紧固，以达到金属气密封效果。本实用新型用作低温接收机、超导接收机的信号输入端口，起透波和真空密封作用。本实用新型用于解决现有低温/超导接收机密封透波窗口存在的回波损耗较大（尤其在毫米波段）、易引入干扰信号、真空密封性较差且由于窗口结构导致使用受限的问题。

如图2所示，多层电介质窗共有4层，由外到内分别为第一四氟层4、石英层5、第二四氟层17和隔热层6。所述第一四氟层和第二四氟层均采用聚四氟乙烯弹性板（软四氟）材料，其材料偏软，便于与石英层之间的贴合，实现无缝粘接。石英层采用高纯度熔融石英材料，其结构外形为钟罩型。隔热层采用聚苯乙烯泡沫。所述第一四氟层采用低损耗环氧光学胶作为粘接剂，通过加热、加压固化压接来连接在石英层的外侧壁上。所述第二四氟层采用低损耗环氧光学胶作为粘接剂，通过加热、加压固化压接来连接在石英层的内侧壁上。通过加热、加压固化压接的方式，使石英层与第一四氟层、第二四氟层之间均无缝隙。本实用新型所采用的多层电介质窗为钟罩型，同时采用软金属材料铟制成金属密封圈以实现多层电介质窗与密封上、下法兰的高真空密封，然后再将密封上、下法兰焊接到杜瓦上，即可实现整体的高真空密封。本实用新型采用多层电介质材料制成多层电介质窗，减小了电磁波信号的传输反射损耗；多层电介质窗的多介电常数匹配，改善了现有窗口存在大量干扰带（宽带接收，干扰信号能够进入）的问题，增加了滤波效果；本实用新型采用聚苯乙烯材料制成隔热层，具有隔热效果，能够降低热辐射。

如图3所示，隔热层6上设有若干通孔7，该通孔的作用是加快隔热层与其他层之间残余气体的释放速度。

如图4所示，所述石英层5包括罩壳和沿罩壳下端外周设置的压接边沿9。所述压接边沿9供真空密封用。压接边沿9的上、下表面各设有一个金属密封圈8。通过螺钉紧固密封上法兰和密封下法兰的方式对石英层和金属密封圈进行金属压接密封。所述金属密封圈8的材料为软金属——铟。所述密封上法兰2、密封下法兰3均采用可阀合金4J29材料制成，其上开有应力槽18，应力槽的作用为释放焊接过程中材料受热引起的膨胀应力，减小形变，提高焊接真空密封性能。本实用新型通过采用由软金属铟制成的金属密封圈和密封法兰相结合的方式，能够大幅提升真空密封性能，使真空漏率达到5.01х10^-11Pa m³/s以下。

图5是本实用新型的典型应用示意图，所述毫米波频段用低损耗高真空密封隔热传输窗口应用在低温接收机/超导接收机上，作为信号的传输窗口，其应用模式为：天线主反射面11接收到的信号反馈到天线副反射面10，信号再通过低损耗高真空密封隔热传输窗口中的多层电介质窗1传输到馈源15，经接收前端组件13滤波放大输出，其中制冷机14为馈源、接收前端组件提供工作所需的低温环境，杜瓦12和低损耗高真空密封隔热传输窗口为馈源、接收前端组件提供高真空密封隔热环境。同时馈源和低损耗高真空密封隔热传输窗口伸入天线主反射面11底部，其馈面16上部空间不允许存在其他金属物体，否则将恶化天线性能。

综上所述，本实用新型采用多层电介质材料作为透波窗口，其中，第一四氟层/石英层/第二四氟层起低损耗密封透波传输窗口作用，同时还具备滤波功能；而且该透波窗口采用聚苯乙烯材料作为隔热层来进行隔热屏蔽，以减小辐射热。本实用新型通过采用由软金属材料铟制成的金属密封圈来实现多层电介质窗与密封上、下法兰的高真空密封。本实用新型通过采用钟罩式结构的多层电介质窗，能够解决现阶段低温接收机透波窗口系统使用受限的问题，拓展了应用范围。在低温/超导接收机系统应用中，多层电介质窗的多层电介质材料的匹配能够有效减小电磁波信号的传输反射损耗及带外干扰信号的进入，具有插入损耗低、带外滤波好的特点；同时还具有高真空度、长静态真空保持时间、隔热效果好、可靠性高等优点。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。