[發明專利]一種螺旋線行波管慢波組件及制備方法

無效

• 申請號: 200710064600.4
• 申請日: 2007-03-21
• 公開（公告）號: CN101271803A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 劉燕文;韓勇;劉濮鯤
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01J9/00
• 分類號: H01J9/00;H01J23/27
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微波器件技術領域，涉及散熱能力強的螺旋線行波管慢波組件。

背景技術

在前幾年的海灣戰爭中，充分顯示了先進的電子技術在戰爭中的重要作用，在這幾次戰爭中，多國部隊使用先進的電子偵察設備和先進的電子干擾設備使伊拉克的電子偵察、干擾和通訊設備變成了“聾子”和“瞎子”，使多國部隊的飛機和人員傷亡極少。寬帶、高功率行波管是在電子對抗、火控系統和通訊領域中起著關鍵作用的微波器件，它的性能對這些軍用和民用系統具有決定性作用，慢波系統又是決定行波管性能的關鍵部件，尋求寬帶、高效和導熱性能更好的慢波結構對滿足目前國防需要以及未來的軍事電子裝備至關重要。螺旋線支撐結構散熱能力的研究，一直是提高連續波行波管輸出功率容量的主要方向。其中起支撐和絕緣作用的介質夾持桿的性能是關鍵因素。與氧化鋁、氧化鈹及氮化硼相比，金剛石的性能要優越得多。金剛石的導熱率大大高于目前常用的幾種介質材料，尤其是II_a金剛石，在通常溫度下其導熱率比無氧銅高5倍，而且，除導熱性能外，金剛石的機械強度、熱膨脹系數、絕緣性能、介電常數、介質損耗等多種性能均比上述材料優良。美國早在上世紀七十年代，就開始金剛石夾持桿的研究工作，他們對三種常用的氧化鈹、氮化硼和金剛石夾持桿的熱導性能作了量化研究：如它們的導熱率，以及陶瓷-金屬的界面熱阻隨溫度、壓力和表面光潔度的函數關系。研究的結論是：應用金剛石支撐的螺旋線結構能夠達到165W/in的功率容量；40-50GHz頻段的螺旋線行波管能達到200W的連續波輸出功率。八十年代末，美國休斯公司研制的953H空間行波管就是采用金剛石夾持的慢波系統。953H管的頻率18-20GHz，輸出功率100W，飽和增益42dB，電子效率16.9％，總效率54.6％。雷聲公司在七十年代就開始在行波管輸出段用立方體天然金剛石顆粒夾持以提高散熱性能的研究。美國著名的休斯(Hughes)公司于1991年宣布他們成功研制了一只用金剛石片夾持的K波段高性能大功率行波管953H，他們采用了昂貴的大顆粒天然金剛石，將金剛石切片研磨成小片來組合成76mm長的矩形夾持桿，該桿作為輸出段夾持桿，輸出段仍用BeO桿夾持，省去了中間段。該管在高頻段上獲得了輸出功率大于75W，增益大于40db的優良性能。

目前國外還有一種鑲嵌金剛石的方法。使用CVD法在空心管的固定位置上沉積金剛石，用微型的激光切割機將空心管上切成螺旋線結構，相當于在螺旋線上鑲嵌了金剛石支撐塊，外部金屬管殼由兩部分組成，直接裝配而成整體的慢波結構。此方法消除了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻，大大提高了螺旋線慢波系統的散熱能力；無須因為減小熱阻而對螺旋線施加國大的壓力，同時該方法避免了螺旋線在裝配過程中的變形。不過，此方法很不容易實現，對儀器設備要求相當嚴格，耗費相當大。

但金剛石的價格非常昂貴，并且金剛石的加工非常困難，加工面比較粗糙，而異形介質夾持桿就更難加工。

發明內容

為了解決螺旋線行波管慢波組件的散熱問題，本發明的目的是將金剛石沉積在介質夾持桿表面和螺旋線表面即避免了使用純金剛石介質夾持桿的上述缺點，彌補其他介質夾持桿熱導率低的缺陷，為此，提供一種將金剛石薄膜應用于螺旋線行波管慢波組件及制備方法。

為了實現所述的目的，本發明的第一方面，是提供螺旋線行波管慢波組件制備方法，其技術方案如下：

步驟1：將清洗的介質夾持桿和螺旋線放入金剛石沉積室內；

步驟2：將金剛石沉積在介質夾持桿表面和螺旋線表面，形成具有金剛石薄膜的介質夾持桿和螺旋線；

步驟3：將具有金剛石薄膜的介質夾持桿和螺旋線及金屬管殼固定在裝架模具上；

步驟4：將鍍有金剛石薄膜的介質夾持桿和螺旋線擠入金屬管殼內，制成螺旋線行波管慢波組件。

為了實現所述的目的，本發明的第二方面，是提供的螺旋線行波管慢波組件，包括介質夾持桿1、螺旋線2、管殼3，管殼3的內壁與介質夾持桿1的外壁連接，介質夾持桿1內壁與螺旋線2外壁連接，還包括：第一金剛石薄膜4位于介質夾持桿1表層中；第二金剛石薄膜5位于螺旋線2的表層中；第一金剛石薄膜4與第二金剛石薄膜5緊密連接。

所述螺旋線2采用鉬螺旋線或金屬螺旋線制成。????

所述介質夾持桿1用氧化鋁、或氧化鈹、或氮化硼、或其它介質夾持桿制成。

所述第一金剛石薄膜4與第二金剛石薄膜5的厚度為5μm-15μm。