CN102243972B - 一种宽带行波管能量输出窗及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带行波管能量输出窗，包括内导体针、内导体环、外导体环、外导体座和介质陶瓷；外导体环的一端嵌在外导体座内孔的一端，介质陶瓷内嵌在外导体座的内孔中，靠近外导体环的一端与外导体环的端部接触，介质陶瓷的另一端与内导体环连接；内导体针穿过外导体环、外导体座、介质陶瓷以及内导体环的孔，内导体针、外导体环、外导体座、介质陶瓷以及内导体环是同轴的；内导体针为阶梯轴，介质陶瓷和内导体环固定在内导体针的最大台阶处的外圆上。该种输出窗在宽带行波管工作频带8-16GHz内满足电压驻波比小于2.5的要求，甚至可达到1.8以下，结构的真空气密性良好，可承受直流150W的功率传输，可应用到螺旋线行波管中。
Description
技术领域
本发明涉及微波电真空领域，尤其是涉及一种宽带行波管能量传输的输出窗及其制造方法。
背景技术
现代军事技术的发展日新月异，系统电子装备对宽频带大功率发射器件也提出了越来越高的要求。螺旋线行波管是目前唯一能满足宽频带电子对抗发射机性能要求的微波功率器件，它具有大功率、高效率、高增益、宽频带和长寿命等特点，广泛地应用于各国防重点工程之中，被誉为装备的“心脏”。由于我国基础工作比较落后，以及种种现实条件因素的限制，我国生产水平与世界先进水平仍存在一定的差距。因此，研制宽频带行波管是研制先进的电子对抗发射机迫切需要解决的关键问题，也是提高电子装备整体性能的根本。宽频带行波管工作频带主要由慢波系统决定，但是宽的频带范围则由输能窗的传输特性决定，输能窗性能的好坏与否直接决定慢波系统产生的互作用能量输出到管外的多少。
行波管输能窗在结构上起着保持管内真空的作用；在电气性能上，使微波信号尽可能无损耗地从管外传输线传送到慢波线（或从慢波线传送到管外传输线）。在输能窗的具体制作过程中，应充分考虑现有的工艺条件，在尽量满足电气性能的条件下，兼顾电子光学系统以及结构可靠性的要求。要实现管内慢波线与管外传输线的良好匹配，就是要把管外传输线上的快电磁波完全转换为管内慢波线上的慢电磁波。工作频率较宽范围内的行波管，随着带宽的增加，输能窗的设计和制造更加困难，零件的加工和焊接稍有偏差将会引起信号的明显反射，真空焊接性能不易保证，输能窗的频响特性很难满足行波管宽工作频带的要求。因此，为了得到满足使用要求的行波管输能窗，克服宽带行波管输能窗的制作难度是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种宽带行波管能量输出窗及其制造方法，其目的是真空气密性良好、结构强度好、频响特性均能满足宽频带行波管的使用要求。
本发明的技术方案是该种宽带行波管能量输出窗，包括内导体组件、外导体组件和介质陶瓷，所述的内导体组件包括内导体针和内导体环，所述的外导体组件包括外导体环和外导体座；所述的外导体环的一端嵌在外导体座内孔的一端，介质陶瓷内嵌在外导体座的内孔中，且靠近外导体环的一端与外导体环的端部接触，介质陶瓷的另一端与内导体环连接；所述的内导体针穿过外导体环、外导体座、介质陶瓷以及内导体环的孔，且内导体针、外导体环、外导体座、介质陶瓷以及内导体环是同轴的；所述的内导体针为阶梯轴，介质陶瓷和内导体环固定在内导体针的最大台阶处的外圆上。
所述的外导体座的外圆周为阶梯轴，位于其直径最大的外圆周上设有与外接头相连接的螺纹。
所述的介质陶瓷为碗型圆筒状，圆筒状的外径和锥状的端面的内孔均做金属化处理，两端部分别与外导体组件、内导体组件焊接在一起。
所述的外导体座与介质陶瓷焊接在一起，所述的外导体座与外导体环焊接在一起，内导体针与内导体环和介质陶瓷均是焊接在一起。
一种制造上述宽带行波管能量输出窗的方法，具体为：
1）将加工好的的内导体针进行镀镍处理；
2）将已焊接好的的外导体组件进行镀镍处理；
3）对介质陶瓷进行清洗；
4）在介质陶瓷和内导体针之间、在外导体座和介质陶瓷之间放置金铜81.5焊料；在内导体针和内导体环之间放置银铜铟焊料；
5）将上述固定好位置的组件放置在夹具上，焊接夹具保证同心度要求；
6）将放置在夹具上的组件在氢炉内进行焊接；
7）焊接结束后，取下组件，对输能窗进行真空气密性检查和驻波比的测试。
其中，在氢炉内进行焊接的具体方法是：
1）升温速度不超过10°C/min，升温到950±15°C，保温15-20min；
2）以20℃/min升温至1010+20°C，持续1-2min；
3）在25-30分钟内冷却至600±15°C，保温10min；
4）以不超过10°C/min的速度冷却至300±15°C，然后随炉冷却到室温。
将固定好位置的组件放置在夹具上时，装配的间隙为：介质陶瓷和外导体座的间隙是0.02-0.03mm，内导体针和介质陶瓷间的间隙是0.01-0.02mm。
输能窗的气密性小于1×10-11Pa·m3/s，工作频带在8-16GHz内驻波比小于2.5。
具有上述特殊结构的一种宽带行波管能量输出窗及其制造方法具有以下优点：
1.该种宽带行波管能量输出窗在宽带行波管工作频带8-16GHz内满足电压驻波比小于2.5的要求，甚至可达到1.8以下，结构的真空气密性良好，可承受直流150W的功率传输。
2.该种宽带行波管能量输出窗结构强度好，满足了行波管宽工作频带的要求，可应用到螺旋线行波管中，效果十分显著，具有很好的应用推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明制作过程中，钎焊温度控制曲线示意图。
图3为本发明驻波和频率的曲线关系示意图。
在图1-3中，1：内导体针；2：外导体环；3：外导体座；4：介质陶瓷；5：内导体环。
具体实施方式
由图1-3所示结构结合可知，该种宽带行波管能量输出窗包括内导体组件、外导体组件和介质陶瓷4，内导体组件包括内导体针1和内导体环5，外导体组件包括外导体环2和外导体座3；外导体环2的一端嵌在外导体座3内孔的一端，介质陶瓷4内嵌在外导体座3的内孔中，且靠近外导体环2的一端与外导体环2的端部接触，介质陶瓷4的另一端与内导体环5连接；内导体针1穿过外导体环2、外导体座3、介质陶瓷4以及内导体环5的孔，且内导体针1、外导体环2、外导体座3、介质陶瓷4以及内导体环5是同轴的；内导体针1为阶梯轴，介质陶瓷4和内导体环5固定在内导体针1的最大台阶处的外圆上；外导体座3的外圆周为阶梯轴，位于其直径最大的外圆周上设有与外接头相连接的螺纹。
介质陶瓷4的材料为氧化铝95瓷，为碗型圆筒状，圆筒状的外径和锥状的端面的内孔均做金属化处理，两端部分别与外导体组件、内导体组件焊接在一起，外导体座3与介质陶瓷4焊接在一起，外导体座3与外导体环2焊接在一起，内导体针1与内导体环5和介质陶瓷4均是焊接在一起。外导体座3的材料为瓷封材料可伐合金，圆环状，外有螺纹和外接头相连，内部和介质陶瓷4焊接；外导体环2的材料为白铜合金，圆环状，和与外导体座3及介质陶瓷4的端面焊接；外导体座3和外导体环2先利用无氧铜焊料焊接成整体。
内导体针1的材料为钼材，为细长圆柱针状结构，在其最大台阶处和介质陶瓷4及内导体环5焊接；内导体环5为白铜，为圆环状，放在介质陶瓷4内孔的顶部，并且和内导体针1焊接。
制造该种宽带行波管能量输出窗的方法具体为：
1）将加工好的的内导体针1进行镀镍处理；
2）将已焊接好的的外导体组件进行镀镍处理；
3）对介质陶瓷4进行清洗；
4）在介质陶瓷4和内导体针1之间、在外导体座3和介质陶瓷4之间放置金铜81.5焊料；在内导体针1和内导体环5之间放置银铜铟焊料；
5）将上述固定好位置的组件放置在夹具上，装配的间隙为：介质陶瓷4和外导体座3间的间隙是0.02-0.03mm，内导体针1和介质陶瓷4间的间隙是0.01-0.02mm，焊接夹具保证同心度要求；
6）将放置在夹具上的组件在氢炉内进行焊接；
7）焊接结束后，取下组件，对输能窗进行真空气密性检查和驻波比的测试。
其中，在氢炉内进行焊接的具体方法是，
1）升温速度不超过10°C/min，升温到950±15°C，保温15-20min；
2）以20℃/min升温至1010+20°C，持续1-2min；
3）在25-30分钟内冷却至600±15°C，保温10min；
4）以不超过10°C/min的速度冷却至300±15°C，然后随炉冷却到室温。
用上述方法制造的输能窗在进行真空气密性检查，其气密性小于1×10-11Pa·m3/s；进行驻波比的测试，工作频带（8-16GHz）内满足驻波比小于2.5的要求，结构的真空气密性良好，可承受直流150W的功率传输，满足了行波管宽工作频带的要求，可应用到螺旋线行波管中。
Claims (7)
1.一种宽带行波管能量输出窗，包括内导体组件、外导体组件和介质陶瓷（4），所述的内导体组件包括内导体针（1）和内导体环（5），所述的外导体组件包括外导体环（2）和外导体座（3）；所述的外导体环（2）的一端嵌在外导体座（3）内孔的一端，介质陶瓷（4）内嵌在外导体座（3）的内孔中，且靠近外导体环（2）的一端与外导体环（2）的端部接触，介质陶瓷（4）的另一端与内导体环（5）连接；所述的内导体针（1）穿过外导体环（2）、外导体座（3）、介质陶瓷（4）以及内导体环（5）的孔，且内导体针（1）、外导体环（2）、外导体座（3）、介质陶瓷（4）以及内导体环（5）是同轴的；所述的内导体针（1）为阶梯轴，介质陶瓷（4）和内导体环（5）固定在内导体针（1）的最大台阶处的外圆上，其特征在于：所述的外导体座（3）的外圆周为阶梯轴，位于其直径最大的外圆周上设有与外接头相连接的螺纹。
2.根据权利要求1所述的一种宽带行波管能量输出窗，其特征在于：所述的介质陶瓷（4）为碗型圆筒状，圆筒状的外径和锥状的端面的内孔均做金属化处理，两端部分别与外导体组件、内导体组件焊接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种宽带行波管能量输出窗，其特征在于：所述的外导体座（3）与介质陶瓷（4）焊接在一起，所述的外导体座（3）与外导体环（2）焊接在一起，内导体针（1）与内导体环（5）和介质陶瓷（4）均是焊接在一起。
4.一种制造权利要求1-3所述的宽带行波管能量输出窗的方法，其特征在于：所述的方法具体为，
1）将加工好的的内导体针（1）进行镀镍处理；
2）将已焊接好的的外导体组件进行镀镍处理；
3）对介质陶瓷（4）进行清洗；
4）在介质陶瓷（4）和内导体针（1）之间、在外导体座（3）和介质陶瓷（4）之间放置金铜81.5焊料；在内导体针（1）和内导体环（5）之间放置银铜铟焊料；
5）将上述固定好位置的组件放置在夹具上，焊接夹具保证同心度要求；
6）将放置在夹具上的组件在氢炉内进行焊接；
7）焊接结束后，取下组件，对输能窗进行真空气密性检查和驻波比的测试。
5.根据权利要求4所述的一种制造宽带行波管能量输出窗的方法，其特征在于：在氢炉内进行焊接的具体方法是，
1）升温速度不超过10°C/min，升温到950±15°C，保温15-20min；
2）以20℃/min升温至1010+20°C，保温1-2min；
3）在25-30分钟内冷却至600±15°C，保温10min；
4）以不超过10°C/min的速度冷却至300±15°C，然后随炉冷却到室温。
6.根据权利要求4或5所述的一种制造宽带行波管能量输出窗的方法，其特征在于：将固定好位置的组件放置在夹具上时，装配的间隙为：介质陶瓷（4）和外导体座（3）的间隙是0.02-0.03mm，内导体针（1）和介质陶瓷（4）间的间隙是0.01-0.02mm。
7.根据权利要求6所述的一种制造宽带行波管能量输出窗的方法，其特征在于：所述的输能窗的气密性小于1×10-11Pa·m3/s，工作频带在8-16GHz内驻波比小于2.5。
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