波导同轴转换装置的制作方法

本发明属于pcvd加工预制棒，特别涉及一种波导同轴转换装置。

背景技术：

1、pcvd工艺即微波等离子体化学气相沉积工艺，是光纤预制棒加工的主要工艺之一，使用微波等离子体对反应物气体直接作用形成二氧化硅玻璃态或多组份掺杂二氧化硅玻璃态的沉积是该加工技术区别特有且区别于其他加工技术的主要部分，是该工艺的核心部分。

2、目前用于执行pcvd加工的微波等离子体系统由安装在运动载台上的微波头、隔离器、适配器、传输波导以及等离子体谐振腔组成。根据馈入等离子体谐振腔的微波传输模式不同，现有技术的微波等离子体系统主要有两种实施技术路线，一是将微波头内磁控管产生的2.45ghz大功率微波通过矩形波导以te10模式直接馈入圆柱型等离子体谐振腔，在圆柱型谐振腔内以tm010或te111模式下共振所形成的高能电子对穿过谐振腔的低压气体进行作用，激发形成高度活化的球形等离子体，使反应区内的气体进行化学反应形成二氧化硅玻璃态或多组份掺杂二氧化硅玻璃态的沉积，其特点在于传输的功率大，损耗小，但传输中表现出色散特性，馈入谐振腔过程中容易造成较大的电磁污染。另一种技术路线是先将矩形波导内以te10模式传输的高功率微波经过微波模式转换装置转变为同轴波导传输的tem模式，tem模式的微波经耦合天线进入谐振腔激发起球型等离子体，使反应区内的气体进行化学反应最终形成二氧化硅玻璃态或多组份掺杂二氧化硅玻璃态的沉积，其特点在于无色散，场结构稳定，耦合进谐振腔后具有更低的电磁污染，但传输的功率稍低。

3、对于特种类光纤预制棒的pcvd加工，一般需要的微波功率相对较低，过高的沉积速率反而影响光纤预制棒的加工质量，影响特种光纤的性能，因此，在针对相对较低沉积速率的特种类光纤预制棒加工的pcvd机床，使用波导同轴转换装置对微波进行模式转换后进行激励有着更明显的优点，有利于提升特种光纤预制棒的产品性能。

4、现有技术的波导同轴转换装置主要分为天线式和门纽式两种，其中门纽式波导同轴转换装置以内导体易于牢固安装、阻抗易匹配等特点更多的用于大功率的应用场合。如现有技术cn1188361c【一种利用等离子体技术的光纤预制棒加工设备】中所公开门纽接触式波导同轴变换结构；cn214099836【一种内导体组件、微波模式转换器及气相沉积系统】所公开的门纽结构；cn206992279u【一种微波等离子体系统及其波导同轴转换器】所公开的波导同轴转换器。这些技术均是针对大功率微波的等离子体化学气相沉积的应用场合，既有优点，也有一定的不足，主要体现在：现有技术的波导同轴转换器或结构负责，难以加工制造，或转换器的内导体难以移动，造成耦合匹配调整困，或内导体与门纽接触不良易于发生电击穿打火现象。

技术实现思路

1、鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的波导同轴转换装置，易于加工制造，可以容易的实现阻抗匹配，减少微波能量损耗，提高耦合效率，同时具有内置循环水冷却系统，适应高温环境工作。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

3、一种波导同轴转换装置，包括矩形波导腔、门纽、同轴内导体、同轴外导体、短路波导、定位锁紧环和升降组件，门纽安装于矩形波导腔内；同轴内导体下方与升降组件连接，同轴内导体上方穿过门纽中心并伸出与同轴外导体组成同轴波导结构；所述的同轴外导体安装于矩形波导腔上端面的；短路波导安装于矩形波导腔的馈入波导口的对侧；定位锁紧环设置于门纽底部的定位中心内；升降组件安装于矩形波导腔底部，并与矩形波导腔通过螺纹连接。

4、优选的方案中，所述的矩形波导腔为开设标准矩形波导通孔的中空金属体，矩形波导腔的左右两端设置有法兰结构，矩形波导腔两端分别通过法兰结构与馈入波导的法兰盘和短路波导的法兰盘螺纹连接；矩形波导腔底部开设有第一螺纹孔，用于与升降组件进行连接；矩形波导腔顶部开设有第一圆孔，第一圆孔的内径与同轴内导体的内孔相适配，具体地，第一圆孔的内径与同轴内导体的内孔大致相等且同轴。第一圆孔的内径与同轴内导体的内孔大致相等且同轴。

5、优选的方案中，所述的在矩形波导腔顶部的第一圆孔外周开设有第一沉孔及若干螺纹孔，同轴内导体通过第一沉孔进行定位，通过螺纹孔与矩形波导腔进行连接。

6、优选的方案中，所述的矩形波导腔的底部开设有循环冷却水回路。

7、优选的方案中，所述的矩形波导腔的底部开设有若干通孔，并通过螺杆与门纽进行固定连接。

8、优选的方案中，所述的门纽为回转圆锥体结构，沿回转轴线开设有第二圆孔，并略大于同轴内导体的直径；第二圆孔外周开设有第二沉孔，定位锁紧环设置于第二沉孔内；第二圆孔与第二沉孔同轴。

9、矩形波导腔为金属体，优选铝或黄铜，波导通孔为标准波导结构，优选bj22或bj26。门纽为与底面垂直的回转圆锥体结构，沿回转轴线开设有第二圆孔，第二圆孔直径d2与顶面直径d1大致相等，并略大于同轴内导体的直径d；所述门纽底面的第二圆孔外周开设有第二沉孔，定位锁紧环设置于第二沉孔内；第二圆孔与第二沉孔同轴，且垂直于圆锥体底面。所述的圆锥体代表门纽。

10、优选的方案中，所述的门纽底面直径d0与矩形波导腔的宽边长度a满足关系式：a<d0<2a；

11、门纽底面直径d0与矩形波导腔的波导长度l1满足关系式：d0<l1。圆锥体顶面直径d1与同轴内导体的直径d大致相等。

12、门纽高度h1与矩形波导腔的窄边长度b满足关系式：0.5b<h1<0.9b，且门纽侧母线长度s为0.5λ,其中λ为馈入微波的真空波长；

13、进一步的，圆锥体底面还设置有与矩形波导腔底部通孔匹配的螺纹孔；

14、为确保门纽底面及外边缘与矩形波导腔的内腔底面良好接触，门纽底面设置为具有厚度为h的凸台，0<h≤2mm；

15、在门纽两侧被对称切削，切削后的侧面与门纽底面垂直，且切削后门纽该部分的宽度w与矩形波导腔的宽边长度a相等。

16、优选的方案中，所述的门纽为黄铜材质，门纽表面镀有减少微波损耗的涂层，涂层材料为银或金。

17、优选的方案中，所述的短路波导为一端短路的中空金属波导腔室，其波导截面尺寸与矩形波导腔的波导通孔一致；短路波导的短路面为平面，且与门纽侧母线的等效距离l为 0.5λg，其中λg为馈入微波的波导波长。

18、所述定位锁紧环6为带有一段锥型筒的柱状金属环，其内孔直径与同轴内导体的直径大致相等。

19、进一步的，锥形筒部分周向开设有若干槽，以增加定位锁紧环的弹性；

20、进一步的，柱体部分的外圆直径与门纽底部的第二沉孔的内径相当，以精确定位同轴内导体，使其与同轴内导体同轴。

21、优选的方案中，所述的升降组件包含有螺柱体、升降螺杆、上定位螺母和下封板；螺柱体外圆柱设置有外螺纹，外螺纹与矩形波导腔的第一螺纹孔配合连接；螺柱体内孔设置有内螺纹，与升降螺杆的外螺纹配合连接；上定位螺母安装与同轴内导体上，上定位螺母其上端面与升降螺杆的下端面贴合；下封板与升降螺杆固定连接，并与同轴内导体的下端面贴合；螺柱体上端面设置有与定位锁紧环的锥形筒配合的倒锥孔；升降螺杆开设有第三圆孔，第三圆孔直径d3大于同轴内导体的直径d，以使同轴内导体可以自由的穿过第三圆孔。升降组件为金属材质，如黄铜，铝等。

22、本发明可达到以下有益效果：

23、1、本发明专利所提供的一种波导同轴转换装置，可通过更改短路波导5的波导深度l2，使短路侧的波导空腔处于驻波，从而使本装置达到高效率模式转换的目的。

24、2、本发明专利所提供的一种波导同轴转换装置的可通过设计合理的圆锥体侧母线的长度s，优化门纽的阻抗，使高次模的反射最小，提高本发明装置的传输性能。

25、3、本发明所提供的波导同轴装置采用门纽式结构，圆锥体易加工，侧母线为阻抗渐变，模式转换效率高，锥体与矩形腔接触面积大，导电良好，且冷却效果良好，可承受较高的微波功率。

26、4、本发明所提供的波导同轴装置在工作状态下，同轴内导体通过锁紧定位环与锥体进行良好接触，不会发生电击打火等不良现象，升降组件与同轴内导体及带水冷结构的矩形波导腔接触面积较大，冷却效果良好；在调试或检修状态下，可通过调节螺柱体在矩形波导腔的深度使锁紧定位环处于松弛接触，方便通过调整升降螺杆的位置对同轴内导体的耦合位置进行调整，避免同轴内导体因受到温度蠕变造成的调节困难。

27、5、本发明所提供的波导同轴装置为全金属结构，升降组件下方设置了下封板，微波泄露量小，对环境或人体的不良影响非常小。