[發(fā)明專利]一種高功率徑向線密封窗

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310715752.1
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103647128A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張健穹;劉慶想;李相強;王邦繼;張政權(quán);王慶峰;楊志軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H01P5/10
• 分類號: H01P5/10
• 代理公司: 成都頂峰專利事務(wù)所(普通合伙) 51224
• 代理人: 楊軍

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種高功率微波技術(shù)領(lǐng)域的密封窗，具體地說，是涉及一種高功率徑向線密封窗。

背景技術(shù)

隨著高功率微波技術(shù)的發(fā)展，人們對高功率微波系統(tǒng)的使用提出了越來越高的要求。由于高功率徑向線陣列天線易于實現(xiàn)天線的高增益、高效率、高功率和圓極化輻射等，在高功率應(yīng)用方面得到了廣泛的研究。之前所研究的高功率徑向線陣列天線沒有密封窗，為了實現(xiàn)高功率容量需要對陣列天線內(nèi)部進行抽真空處理，并保證其真空度滿足要求以防止空氣擊穿影響性能。然而，由于陣列天線內(nèi)部空間較大，密封環(huán)節(jié)和位置較多，整體抽真空的難度大且可靠性低。為了進一步改進和優(yōu)化高功率徑向線陣列天線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，現(xiàn)今提出了一種方式：在徑向線內(nèi)加入密封窗，并在密封窗位置進行真空密封，這樣就可以只需對同軸波導(dǎo)到密封窗之間區(qū)域進行抽真空處理，在徑向線內(nèi)其他區(qū)域可通過充入惰性氣體來滿足陣列天線的功率容量需求。因此，徑向線密封窗性能好壞將直接影響天線的性能。

密封窗在微波器件中應(yīng)用廣泛，其形式有很多種。早在1955年美國人H.K?JENNY和F.E.VACCAPO提出階梯型輸出窗片結(jié)構(gòu)[HK?Jenny.?A?Step-Type，?Broadband，?X-Band?Ceramic?Waveguide?Window[J].?IEEE?Transactions?on?electron?devices，?1956]，在介質(zhì)兩邊延伸出兩個階梯，梯的長度和中間窗片的厚度都是其所在波導(dǎo)部分波導(dǎo)波長的四分之一，與窗片兩邊的矩形波導(dǎo)實現(xiàn)阻抗匹配，而此種輸出窗直接嵌在矩形波導(dǎo)中。利頓公司開發(fā)的立頓窗解決了帶寬與增益的矛盾，但只適用于介電常數(shù)較小的情況，而布魯斯窗解決了輸出波導(dǎo)一般是圓波導(dǎo)或者橢圓波導(dǎo)在寬帶中的匹配應(yīng)用，窗片厚度一般取半波長的整數(shù)倍。2001年博士George?Stephenson?Haldeman發(fā)表MIT論文，采用雙層圓弧狀的輸出窗結(jié)構(gòu)[George?Stephenson?Haldeman.?A?Novel?vacuum?Window?for?Megawatt?Gyrotrons?[D].?US：?MIT,，?2001]，中間通以冷卻劑，大大提高了其機械承受能力和散熱能力，輸出功率可達到2.1兆瓦，該窗體可用于矩形波導(dǎo)中。2003年X.?Yang等人采用CVD金剛石作窗材料，獲得了在中心頻率左右500MHz帶寬內(nèi)，反射低于-20dB的輸出窗[X?Yang,?et?al.?Analysis?of?Transmission?Characteristics?for?Single?and?Double?Disk?Window.?2002?27th?International?Conference?on?Infrared?and?Millimeter?Waves，?2002]，但由于窗體材料的加工過程容易給窗體帶來缺陷，如金剛石加工和封裝過程中有可能會帶來的額外自由電荷，由此帶來的窗體附加損耗占總損耗的20%-30%，因此在加工過程中必須保證高功率微波輸出窗體材料質(zhì)量。2010年美國Clifton?C.?Courtney發(fā)明了一種適合用于矩形波導(dǎo)且工作在基模狀態(tài)下的輸出窗[Clifton?C.?Courtney.?High?peak?and?average?power-capable?microwave?window?for?rectangular?waveguide[P].?US?Patent?2010]，該結(jié)構(gòu)將窗體材料用金屬片分為多層，金屬片垂直于電場方向，而止于波導(dǎo)的窄邊，由于這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計能有效抑制二次電子倍增，提高高功率微波輸出窗的輸出功率，同時由于金屬片具有良好的導(dǎo)電能力，能及時消除介質(zhì)上的附加電荷，降低附加損耗。北京真空電子技術(shù)研究所從理論與仿真計算方面對一種新型的波導(dǎo)輸出窗—橢圓波導(dǎo)輸出窗進行可行性分析[趙長江，王嚴(yán)梅.?橢圓波導(dǎo)輸出窗的仿真研究.?真空電子技術(shù)，2010]，結(jié)果顯示在18-40GHz頻率范圍內(nèi)駐波系數(shù)在1.4以下，驗證橢圓波導(dǎo)窗作為螺旋線行波管輸出窗的可行性。

上述研究結(jié)果表明，目前廣泛應(yīng)用使用的密封窗主要有盒型窗、矩形窗、階梯窗和滿足特殊需要的其他形狀的窗等，主要應(yīng)用于矩形波導(dǎo)、同軸波導(dǎo)、圓波導(dǎo)等的密封，而對于應(yīng)用于徑向線的微波密封窗還未見報道。

在這一背景下，本發(fā)明提出了一種高功率徑向線密封窗，用以適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高功率徑向線密封窗，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種成熟的針對徑向線的密封窗，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：