CN103794837A - 一种高功率旋转场铁氧体移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率旋转场铁氧体移相器，属于移相器领域，该移相器包括不锈钢腔体、铝腔体和波导管，波导管的外侧壁上设有毛细管通道，所述的不锈钢腔体通过毛细管通道与所述的铝腔体相连，波导管的内腔中设有铁氧体，铁氧体的二端均设有陶瓷头，毛细管通道的外表面设有电枢线圈。本发明技术方案提供了一种更经济、耐功率水平及可靠性更高的高功率旋转场铁氧体移相器，此外，该移相器不需要附加额外的冷却系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种高功率铁氧体移相器，尤其是一种高功率旋转场铁氧体移相器。
背景技术
高功率旋转场移相器是一种微波铁氧体器件，应用于机载雷达，在国内尚处于研制阶段，不仅是因为其电讯设计复杂，且由于其工作的特殊性，结构实现也非常困难，主要表现在：a)器件功率高，发热量大，需进行高效率液冷；b)其控制电枢耐温≤220℃，因此电枢安装完后，结构不能采用高温钎焊；c)由于馈线系统选用了乙二醇作为冷却液，工作压力达到1.5MPa，而乙二醇非绝缘介质，因此需在移相器极其有限的内部空间设计液冷通道，将冷却液与控制电枢进行隔离；d)中心薄壁波导管作为移相器工作时唯一可进行直接冷却的热量集中体，其与控制电枢接触处壁厚仅为0.3mm。
目前常用的高功率铁氧体器件的液冷方式有整体浸泡、高温钎焊等方法。整体浸泡虽然有比较高的冷却效率，但由于旋转场移相器特殊的工作体制，其主要发热体外紧套着一个16磁极电枢线圈，而馈线系统选用冷却液是非绝缘的乙二醇，一方面不能直接采用系统的冷却液进行浸泡，另一方面单独给移相器配备绝缘液冷系统，应用及维护成本又过于高昂，而如果移相器内部采用绝缘冷却液进行浸泡的话，没有可循环绝缘液冷系统，移相器散发的热量仍然无法通过冷却液带走。
高温钎焊技术是高压液冷腔制作的常用方案之一，但其焊接温度远远高于旋转场移相器中电枢线圈220℃耐受温度。此外，也尝试采用能量密度高、局部加热的熔焊方法—激光焊接或真空电子束等高能束焊接。但旋转场移相器的薄壁波导管和腔体壁板材料不同、厚薄悬殊又太大，即便采用高能束方法可以实现两种构件的连接，但由于焊缝的熔深太浅，仅为0.2mm，不能实现完全熔合均匀的连续焊缝，熔合不均匀的焊缝将在结构日后的承载过程中形成严重的应力集中，同时铝合金的熔焊变形明显，裂纹倾向严重，很难完全满足系统的耐压要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术问题提供一种更经济、耐功率水平及可靠性更高的高功率旋转场铁氧体移相器，此外，该移相器不需要附加额外的冷却系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高功率旋转场铁氧体移相器，该移相器包括不锈钢腔体、铝腔体和波导管，波导管的外壁上设有毛细管通道，所述的不锈钢腔体通过毛细管通道与所述的铝腔体相连，波导管的内腔中设有铁氧体，铁氧体的二端均设有陶瓷头，毛细管通道的外表面设有电枢线圈。
所述的毛细管通道的二端均设有圆柱，不锈钢腔体和铝腔体分别设有与圆柱相连接的圆柱状凹面；所述的圆柱的内径与毛细管通道的内径大小相同且共圆心。
所述的波导管和毛细管通道为不锈钢材料。
所述的不锈钢腔体与毛细管通道的连接是通过将毛细管通道一端的圆柱与不锈钢腔体的圆柱状凹面连接后，再通过高温银铜焊料焊接。
所述的铝腔体和毛细管通道的连接是分别将毛细管通道另一端的圆柱表面和铝腔体的圆柱状凹面的内表面电镀银层，并在铝腔体的圆柱状凹面的外侧设置装有焊料沟槽，将所述的毛细管通道另一端的圆柱与铝腔体的圆柱状凹面连接后，再采用低温软钎焊的工艺方法焊接，从而形成焊缝。
所述的焊料是熔点为183℃的Sn63Pb37。
所述的另一端的圆柱外表面和铝腔体的圆柱状凹面的内表面分别电镀7-8μm银层。
所述的铝腔体的圆柱状凹面的外侧设置3个宽1mm深0.5mm沟槽。
所述的波导管和毛细管通道为一体化结构。
本发明技术方案中，通过毛细管通道的冷却液的循环冷却，在低气压高功率条件下移相器的最大温升为15℃，由于冷却液的进水温度不大于最高环境温度70℃，因此旋转场移相器的最高温度≤85℃，远小于Sn63Pb37焊料的熔点183℃，焊缝不会遭到破坏。
所述的低温钎焊工艺中的加热热源为可控温数显焊台，该加热方式可防止电枢线圈过热漆包线漆层熔化。
由于该器件结构选用材料、拼装方式的特殊性和器件高电性能要求，对结构件的中心波导孔的同轴度、表面粗糙度、器件结构拼装的对称性、垂直度、结构加工一致性都有非常高的要求。为实现这种结构，我们采取了高温、中温、低温三阶梯递减温度焊接的方式来实现，首先是铝腔体与不锈钢腔体各自高温焊，然后薄壁波导管与不锈钢腔体中温焊，最后薄壁波导管与铝腔体低温焊。
本发明的有益效果：
1）本技术方案的移相器采用了毛细管式微小液冷通道，在极其狭小空间实现液冷循环，在热量集中的薄壁波导管上设计毛细管式微小液冷通道，对其进行直接冷却，提升了冷却效率。
2）焊接时在沟槽内先预埋焊膏焊料，以实现焊料均匀及连续良好焊缝，并实现微小液冷通道通畅无阻；由于设计的毛细液冷薄壁波导管结构特殊，一方面要实现焊缝的密封性能，同时需要防止焊料流入毛细管堵塞液冷通道，因此将铝腔体与毛细液冷薄壁波导管焊接面的不同位置设置3个宽1mm深0.5mm的沟槽，焊接时采用熔点为183℃的Sn63Pb37低温软钎焊膏，通过在沟槽内预埋并控制好焊膏焊料，以实现焊料均匀及连续良好焊缝，并实现微小液冷通道通畅无阻。最终实现微小液冷循环焊接时既不堵也不漏。
3）采用183℃的低温软钎焊的工艺方法实现了旋转场移相器的薄壁波导管与铝腔体两种悬殊差异结构件的精密连接，焊缝焊料均匀饱满，结合面积大，无熔焊裂纹缺陷保证了焊缝的耐压及密封性能。取代原有浸泡式旋转场移相器，其应用成本大大降低，可靠性也有进一步提高，在机载条件下进行了压力试验，充入1.5MPa相对气压焊缝无形变无泄漏。经2011年10月实际装机应用至今，效果良好。彻底解决了机载雷达用旋转场铁氧体移相器高成本、耐功率热设计空间局限的问题。
4）以往该类旋转场移相器腔体及波导，出于易加工、重量轻及经济性方面考虑，都会采用铝合金，但由于该段波导需嵌入在电枢线圈中工作，增加的冷却液通道改善了薄壁波导管的导电性，改变了电枢线圈的磁场，形成涡流，使得移相器的开关时间变长，无法满足移相器使用要求，为降低移相器的开关时间，就必须降低该段波导的导电性，在经历了多次反复试验论证后，选用导电性较差的不锈钢材料加工的薄壁波导管及毛细管路既能满足冷却及加工要求，又能降低移相器的开关时间，具有较好的综合性能。
5）为了实现不锈钢薄壁波导管与铝腔体两种完全不同材质间的可焊性，将薄壁波导管和铝腔体表面进行镀银处理，通过7-8μm可焊性银镀层，实现不锈钢与铝件低温锡铅焊接。其中的难点是，由于不锈钢腔体本身就是通过银铜焊料焊接，如果对其进行常规镀银的话，焊料在镀银过程中被电镀液腐蚀，使得焊缝被破坏，无法达到使用要求。我们对镀银工艺进行改进，通过改变相关参数值，实现了在不锈钢焊接件的镀银，并最终实现了旋转场移相器的毛细液冷薄壁波导管与铝腔体两种悬殊差异结构件的精密连接。
附图说明
图1为一种高功率旋转场铁氧体移相器剖面图。
1-不锈钢腔体，2-铝腔体，4-毛细管通道，6-铁氧体7-陶瓷头，8-电枢线圈，9-锡铅焊缝。
图2为波导管结构的左视图。
3-波导管，5-圆柱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
一种高功率旋转场铁氧体移相器，该移相器包括不锈钢腔体（1）、铝腔体（2）和不锈钢波导管（3），不锈钢波导管（3）的外壁上设有不锈钢毛细管通道（4），所述的不锈钢波导管（3）和不锈钢毛细管通道（4）为一体化结构。所述的不锈钢腔体（1）通过不锈钢毛细管通道（4）与所述的铝腔体（2）相连，所述的不锈钢毛细管通道（4）的二端均设有圆柱（5），不锈钢腔体（1）和铝腔体（2）分别设有与圆柱（5）相连接的圆柱状凹面；所述的圆柱（5）的内径与不锈钢毛细管通道（4）的内径大小相同且共圆心；所述的不锈钢腔体（1）与不锈钢毛细管通道（4）的连接是通过将不锈钢毛细管通道（4）一端的圆柱（5）与不锈钢腔体（1）的圆柱状凹面连接后，再通过高温银铜焊料焊接；所述的铝腔体（2）和不锈钢毛细管通道（4）的连接是分别将不锈钢毛细管通道（4）另一端的圆柱（5）表面和铝腔体（2）的圆柱状凹面的内表面电镀7-8μm银层银层，并在铝腔体（2）的圆柱状凹面的外侧设置3个宽1mm深0.5mm沟槽，沟槽中装有熔点为183℃的Sn63Pb37，将所述的不锈钢毛细管通道（4）另一端的圆柱（5）与铝腔体（2）的圆柱状凹面连接后，再采用低温软钎焊的工艺方法焊接，从而形成焊缝（9）。波导管（3）的内腔中设有铁氧体（6），铁氧体（6）的二端均设有陶瓷头（7），毛细管通道（4）的外表面设有电枢线圈（8）。
Claims (9)
1.一种高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：该移相器包括不锈钢腔体（1）、铝腔体（2）和波导管（3），波导管（3）的外壁上设有毛细管通道（4），所述的不锈钢腔体（1）通过毛细管通道（4）与所述的铝腔体（2）相连，波导管（3）的内腔中设有铁氧体（6），铁氧体（6）的二端均设有陶瓷头（7），毛细管通道（4）的外表面设有电枢线圈（8）。
2.根据权利要求1所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的毛细管通道（4）的二端均设有圆柱（5），不锈钢腔体（1）和铝腔体（2）分别设有与圆柱（5）相连接的圆柱状凹面；所述的圆柱（5）的内径与毛细管通道（4）的内径大小相同且共圆心。
3.根据权利要求1所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的波导管（3）和毛细管通道（4）为不锈钢材料。
4.根据权利要求1所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的不锈钢腔体（1）与毛细管通道（4）的连接是通过将毛细管通道（4）一端的圆柱（5）与不锈钢腔体（1）的圆柱状凹面连接后，再通过高温银铜焊料焊接。
5.根据权利要求1所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的铝腔体（2）和毛细管通道（4）的连接是分别将毛细管通道（4）另一端的圆柱（5）表面和铝腔体（2）的圆柱状凹面的内表面电镀银层，并在铝腔体（2）的圆柱状凹面的外侧设置装有焊料沟槽，将所述的毛细管通道（4）另一端的圆柱（5）与铝腔体（2）的圆柱状凹面连接后，再采用低温软钎焊的工艺方法焊接，从而形成焊缝（9）。
6.根据权利要求5所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的焊料是熔点为183℃的Sn63Pb37。
7.根据权利要求5所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的另一端的圆柱（5）外表面和铝腔体（2）的圆柱状凹面的内表面分别电镀7-8μm银层。
8.根据权利要求5所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的铝腔体（2）的圆柱状凹面的外侧设置3个宽1mm深0.5mm沟槽。
9.根据权利要求1所述的高功率旋转场铁氧体移相器，其特征在于：所述的波导管（3）和毛细管通道（4）为一体化结构。
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