CN105680120B - 一种impatt二极管夹持紧固装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IMPATT二极管夹持紧固装置，用于解决基于IMPATT二极管技术的3mm波段微波器件中IMPATT二极管的夹持紧固等问题。装置采用独特的卡环设计，通过调节螺柱对IMPATT管的管壳底部施加应力，从而实现对IMPATT管的位置调节功能。通过将卡环两端设计为锥形结构，并对锥形部分进行开缝处理，在紧固螺栓对锁紧环和卡环施加应力时，使得卡环锥形开缝处部分发生微小形变，从而将IMPATT管紧紧锁住，从而实现对IMPATT管的夹持紧固功能。通过卡环材料的合理选型和控制装配间隙，通过装置导热率，从而实现IMPATT管对外良好导热功能。与现有IMPATT二极管的夹持紧固装置相比，本发明具有可调性好、可靠性高、导热性好以及小型化等优点。

Description

一种IMPATT二极管夹持紧固装置
技术领域
本发明涉及3mm波段IMPATT(Impact Avalanche and Transist Time)管微波器件技术领域，具体是一种IMPATT二极管夹持紧固装置，可应用于基于IMPATT管的3mm注锁放大器等微波器件中。
背景技术
毫米波技术是当今微波技术界最为热门的课题之一，并且已经在军事和民用中得到了广泛的应用。在3mm波段中，由于功率放大器等MMIC(单片微波集成电路)器件尚属于探索研究阶段，其输出功率为几百毫瓦级别，使得3mm波段系统发展受限。
随着军事电子技术的发展，对3mm波固态发射源的输出功率的需求却越来越高，而基于MMIC的微波组件的输出功率却往往不满足系统要求。IMPATT管作为毫米波波段常用的固态功率器件，已可以在整个30～300GHz频率范围内工作，并且具有效率较高、输出功率大的特点。即便如此，单个IMPATT放大器件也常常难以满足大功率固态毫米波雷达对发射功率的要求，庆幸的是，和其他类型微波器件采用多组放大器对信号逐级放大一样，基于IMPATT管的放大器可采用注入锁定功率放大方案实现3mm波信号的功率放大，这样就实现了3mm雷达系统对发射机的发射输出功率要求。
IMPATT是英文(Impact Avalanche and Transist Time)的简称，它利用碰撞雪崩击穿和渡越时间效应在电流和电压波之间产生相位延迟，因而导致与频率有关的负阻效应从而产生振荡。而注锁放大器被注入一信号时，如果注锁放大器的自由振荡频率十分接接近于注入信号的频率，则被注入的注锁放大器输出信号频率将被迫与注入信号频率同步，称为注入锁定放大。这样就实现了信号的功率放大。
基于IMPATT管的注锁放大器的电路结构是通过减高波导来实现的，目的是为了很好的实现有源器件的低阻抗和矩形波导的高阻抗之间的匹配。IMPATT管通过夹持装置固定在谐振腔内。为了获取适当的频率和最大的输出功率到负载而不是耗散在吸收材料上，可通过调节谐振腔的调谐活塞和IMPATT管在谐振腔里的位置来实现。短路调谐活塞可通过阳极化的铝插条，而夹持紧固装置因为要同时实现IMPATT管位置调节、夹持和紧固、对外导热等功能。故IMPATT管持紧固装置的设计成为一个难题，成为基于IMPATT管的3mm器件研发调试的瓶颈。
发明内容
要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是针对基于IMPATT管的3mm微波器件，提供一种可调节、易导热、小型化、紧固可靠的IMPATT夹持装置，实现IMPATT管位置调节、可靠紧固、对外导热的功能。
技术方案
为了解决以上技术问题，本发明设计一种独特的卡环结构，将直径为1.5mm的IMPATT管进行夹持和紧固。通过调节螺柱对IMPATT管的管壳底部施加应力，从而实现对IMPATT管的位置调节功能。通过将卡环两端设计为锥形结构，并对锥形部分进行开缝处理，在紧固螺栓对卡环施加应力时，使得卡环锥形开缝处部分发生微小形变，从而将IMPATT管紧紧锁住，从而实现对IMPATT管的夹持紧固功能。通过卡环材料的合理选型和控制装配间隙，通过装置导热率，从而实现IMPATT管对外良好导热功能。通过以上环节，实现对IMPATT管的位置调节、夹持紧固和对外导热等功能。
一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于包括卡环、锁紧环、紧固螺栓和调节螺柱；所述的卡环中间段为圆环、两端为圆锥形结构，两端开有缝隙，IMPATT二极管插入卡环内；锁紧环内壁上设有与卡环圆锥形部分相配合的锥形腔，锁紧环一端与卡环嵌套在一起，另一端与紧固螺栓相邻；在紧固螺栓内设有调节螺柱，通过调节螺柱对IMPATT二极管施加应力，从而实现对IMPATT二极管的位置调节功能。
所述的卡环的外径为2.5～3.5mm，内径为1.51～1.55mm，长度为3.9～4mm，卡环圆锥面与法线夹角为120°，卡环两锥面缝隙相对角度为45°，卡环圆锥形部分开4条宽度为0.1～0.15mm，长度为2.3～2.6mm的缝隙。
所述的卡环采用无氧铜材料。
所述的卡环和IMPATT二极管的装配间隙为10um。
所述的卡环和壳体装配间隙为50um。
有益效果
本发明提出的一种IMPATT二极管夹持紧固装置，具有有益效果：
1)可调性好。调节螺柱的设计巧妙的实现了对IMPATT管位置进行调整的功能。
2)可靠性高。卡环独特的锥形设计以及开缝处理，使得IMPATT管紧固可靠，提高了IMPATT管的抗振动能量，使得注锁放大器能稳定工作。
3)导热性好。提高零部件装配间隙和卡环材料的优选最大限度的增加IMPATT管对外导热性能。
4)小型化。整个夹持紧固装置尺寸为尺寸较小。
附图说明
图1本发明夹持紧固装置剖视图
1-调节螺柱、2-壳体、3-紧固螺栓、4-锁紧环、5-卡环、6-IMPATT二极管；
图2本发明夹持紧固装置爆炸图
图3本发明关键部件—IMPATT管卡环结构图：(a)右视图、(b)主视图、(c)左视图、(d)俯视图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
夹持紧固装置中心剖面图如图1所示。夹持紧固装置包括IMPATT管卡环、锁紧环、紧固螺栓和调节螺柱，四种零部件互相配合，实现IMPATT管在谐振腔内的位置调节、IMPATT管的夹持紧固、IMPATT管对外散热等功能。
夹持紧固装置零部件装配立体示意图如图2所示，卡环内外径为同心圆，内直径比IMPATT管外径稍大。IMPATT二极管装在卡环中心环内，卡环装配在壳体中，卡环两端为圆锥形结构，与壳体和锁紧环的锥形腔配合嵌套，再通过紧固螺栓进行锁紧固定。在紧固螺栓中间设计和IMPATT管相同直径的调节螺柱，通过调节螺柱对IMPATT管的管壳底部施加应力，从而实现对IMPATT管的位置调节功能。卡环两端设计为圆锥形结构，并对圆锥形部分各开4条缝隙，通过紧固螺栓对锁紧环施加应力，使得卡环两端圆锥形开缝处部分发生微小形变，向IMPATT管收缩，从而将IMPATT管紧紧锁住，巧妙的实现了对IMPATT管的夹持紧固功能。设计中，对卡环的材料进行选型，备选材料有铝、青铜、黄铜、无氧铜和钨铜等，对它们的导热率、变形率、可加工性以及价格等综合因素进行比较和试验后，最终选择导热较好且可加工的无氧铜材料。卡环和IMPATT管的装配间隙设计为10um，并通过开缝锥形部分进行锁紧，卡环和壳体装配间隙为50um，并通过锁紧环和锁紧螺栓进行紧固，从而尽可能减小装配缝隙，增加接触面积，增加导热率，从而实现IMPATT管对外良好导热功能。
卡环是整个IMPATT管夹持紧固装置的核心部件，对IMPATT管的位置调节、夹持紧固、对外散热都是通过卡环来实现。卡环的结构图如图3所示，卡环的外径为φ1，内径为φ2，长度为L，卡环锥面与法线夹角为α，卡环两锥面缝隙相对角度为β，卡环锥形部分开4条宽度为W1，长度为L1/L2的缝隙。卡环的结构具体设计尺寸见下表。

Claims (5)

1.一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于包括卡环(5)、锁紧环(4)、紧固螺栓(3)和调节螺柱(1)；所述的卡环(5)中间段为圆环、两端为圆锥形结构，两端开有缝隙，缝隙从圆锥形结构的端面沿着圆锥形结构表面向中间段圆环延伸，一端圆锥形结构上开有的缝隙相对于另一端圆锥形结构上开有的缝隙的相对角度为45°；IMPATT二极管(6)插入卡环(5)内；锁紧环(4)内壁上设有与卡环圆锥形部分相配合的锥形腔，锁紧环(4)一端与卡环嵌套在一起，另一端与紧固螺栓(3)相邻；在紧固螺栓(3)内设有调节螺柱(1)，通过调节螺柱(1)对IMPATT二极管(6)施加应力，从而实现对IMPATT二极管(6)的位置调节功能。
2.根据权利要求1所述的一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于所述的卡环的外径为2.5～3.5mm，内径为1.51～1.55mm，长度为3.9～4mm，卡环圆锥面与法线夹角为120°，卡环两端的圆锥形部分各开4条宽度为0.1～0.15mm，长度为2.3～2.6mm的缝隙。
3.根据权利要求1或2所述的一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于所述的卡环采用无氧铜材料。
4.根据权利要求1或2所述的一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于所述的卡环和IMPATT二极管的装配间隙为10um。
5.根据权利要求1或2所述的一种IMPATT二极管夹持紧固装置，其特征在于所述的卡环和壳体装配间隙为50um。
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