CN108963393B - 水气双冷高功率微波馈入窗 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水气双冷高功率微波馈入窗，包括对称相接设置真空侧窗体及非真空侧窗体，陶瓷片设置在真空侧窗体中靠近非真空侧窗体的一侧，陶瓷片外周设有水冷通道，非真空侧窗体中设有氮气冷却通道。本发明有别于以往只对陶瓷片焊缝冷却的方式，利用水冷和气冷一起对陶瓷片进行冷却，避免陶瓷片因温度集中而导致碎裂现象的发生，使其可以连续安全可靠工作。

Description

水气双冷高功率微波馈入窗

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，具体涉及一种水气双冷高功率微波馈入窗。

背景技术

微波馈入窗是高功率微波系统的重要组成部分，它将真空和大气隔开，并使微波可以无反射的通过，其性能的好坏直接影响着系统的真空密封度及微波馈入量，进而直接影响系统的可靠性。

现有技术中的微波馈入窗，大都采用单层外侧带水冷结构的微波馈入窗，但随着微波功率大小的不断提高，在微波传输过程中，该种微波馈入窗由于只冷却陶瓷片外侧，导致陶瓷片会因为受冷不均而越来越容易被击穿，进而影响真空密封等传输线性能。

有些微波传输系统中，为了避免易裂的上述微波馈入窗碎裂后影响系统性能，会在一条传输线路上串联两个微波馈入窗，以求碎裂一件，另一件依然可以封闭真空，但是微波馈入窗中陶瓷片易碎裂的根本问题依然没有解决，还造成了制造维护成本高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够避免陶瓷片会因受冷不均而发生破裂现象的微波馈入窗，特别适用于高功率微波环境中。

一种水气双冷高功率微波馈入窗，包括对称相接设置真空侧窗体及非真空侧窗体，陶瓷片设置在真空侧窗体中靠近非真空侧窗体的一侧，陶瓷片外周设有水冷通道，非真空侧窗体中设有氮气冷却通道。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述真空侧窗体及非真空侧窗体均为锥形体状，呈大口径端相接，小口径端背离设置，两根波导管分别横向插设在真空侧窗体及非真空侧窗体的内腔中。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述陶瓷片焊接在冷却法兰内，水冷通道设置在冷却法兰外侧圆周方向上。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述非真空侧窗体的上下侧对称开设有冷氮气进口及冷氮气进/排口，上述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体内的波导管之间构成氮气冷却通道。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体的中心轴线均构成45度夹角。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体的中心轴线延长线通过陶瓷片中心。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述真空侧窗体及非真空侧窗体之间通过连接法兰相接，真空侧窗体及非真空侧窗体的另一端均设有标准波导连接法兰，真空侧窗体及非真空侧窗体中的波导管均为标准波导管，真空侧窗体及非真空侧窗体与标准波导管之间为圆滑过渡连接。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述陶瓷片与冷却法兰之间密封焊接有金属环。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述金属环截面呈L型，L型底面内侧壁与陶瓷片相焊接，冷却法兰上开设有与金属环相对应的焊接台阶。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述金属环为可伐金属环。

本发明有别于以往只对陶瓷片焊缝冷却的方式，利用水冷和气冷一起对陶瓷片进行冷却，避免陶瓷片因温度集中而导致碎裂现象的发生，使其可以连续安全可靠工作。

另外，通过在非真空侧窗体内源源不断吹入冷氮气，可以及时吹走进入微波馈入窗的放电气体，为系统安全可靠提供保障。

本发明所述的水气双冷高功率微波馈入窗可适用于不同频率和功率的微波源馈入环境，适用于多种微波馈入位型，特别适用于高功率微波环境中，为微波等离子体研究提供有力技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、 图2为本发明的结构示意图；

图3为图1的A处放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1，本发明提供的一种水气双冷高功率微波馈入窗，包括对称相接设置真空侧窗体1及非真空侧窗体2，陶瓷片3设置在真空侧窗体1中靠近非真空侧窗体2的一侧，陶瓷片3外周设有水冷通道4，非真空侧窗体2中设有氮气冷却通道5。

使用时，水冷通道4中通入冷却水对陶瓷片3进行冷却，同时非真空侧窗体2中通入干燥冷氮气对陶瓷片3进行对流冷却，两种冷却方式对陶瓷片进行全面冷却，并且冷氮气即使吹走可能存在的微波馈入口“放电”气体，防止“放电”现象导致的不利于装置稳定运行的情况。

实施例1

作为对上述技术方案的优化说明：

真空侧窗体1及非真空侧窗体2均为锥形体状，呈大口径端相接，小口径端背离设置，两根波导管6分别横向插设在真空侧窗体1及非真空侧窗体2的内腔中，陶瓷片3焊接在冷却法兰7内，水冷通道4设置在冷却法兰7外侧圆周方向上，非真空侧窗体2的上下侧对称开设有冷氮气进口及冷氮气进/排口8，上述冷氮气进口及冷氮气进/排口8与非真空侧窗体2内的波导管6之间构成氮气冷却通道5。

将水冷通道4设计在冷却法兰7外侧圆周方向上，冷却法兰7上的水冷通道4带走陶瓷片3传递来的热量，该种设计使本发明中的水冷结构具有装配方便，水冷效果好的优势；陶瓷片3可通过过渡焊接的工艺与冷却法兰7密封焊接在一起，保证真空密封。所采用的上下侧对称开设冷氮气进口及冷氮气进/排口8与波导管6构成的氮气冷却通道5设计，不仅使本发明在气冷过程中冷却更为均匀可靠，氮回气迅速，循环效果好，而且也便于冷氮气吹走“放电”气体，使装置运行更为稳定。特别的，冷氮气进口及冷氮气进/排口8与非真空侧窗体2的中心轴线均构成45度夹角，在此位置冷氮气可直吹陶瓷片，或形成局部涡旋气流冷却陶瓷片，冷却效果最佳，另外以减少微波在传输过程中通过氮气入口泄露的几率。特别的，冷氮气进口及冷氮气进/排口8与非真空侧窗体2的中心轴线延长线通过陶瓷片3中心，可以预见的是，上述夹角角度以及延长线是否通过圆心，可以使用本行业的基本知识进行选择性调整，一切有利于冷氮气大面积吹扫到陶瓷片的并且形成对流的角度均可，故在此不予赘述。需要说明的是，冷氮气进口及冷氮气进/排口8，可以采用两种设计方式：1、一个为冷氮气进口，另一个为冷氮气排口，冷氮气从冷氮气排口和/或非真空侧窗体2的波导管6排出（如图2所示）；2、两个均为冷氮气进口，此时冷氮气仅从非真空侧窗体2的波导管6排出（如图1所示）。从波导管6排出时，需保证波导管6的位于非真空侧窗体2一侧的端口为通气状态，其中优选的一种方案是，在波导管6需开一排小孔用于冷氮回气排放。冷氮气进口的入口直径建议控制在6mm之内，以减小微波泄露的几率。

实施例2

作为对上述技术方案的优化说明：

真空侧窗体1及非真空侧窗体2之间通过连接法兰9相接，真空侧窗体1及非真空侧窗体2的另一端均设有标准波导连接法兰10，真空侧窗体1及非真空侧窗体2中的波导管6均为标准波导管，真空侧窗体1及非真空侧窗体2与标准波导管之间为圆滑过渡连接。

采用上述结构的设计方式，可以提高产品的装配便捷度，同时也便于产品及构件的互换性能。另外，呈锥形的真空侧窗体1及非真空侧窗体2，过渡为标准波导管时为圆滑过渡，能够最大限度减少微波反射和损耗，避免“尖端放电”现象，减少发热。

实施例3

作为对上述技术方案的优化说明：

参见图3，陶瓷片3与冷却法兰7之间密封焊接有金属环11。形成陶瓷片3-金属环11-冷却法兰7这种过渡连接方式，能够保证其具有较强的密封度。其中金属环11为可伐材料，但不局限于可伐材料。陶瓷片3与冷却法兰7的焊接方式，解决了由于铜（真空侧窗体1内侧壁材料为铜）线膨胀率很大，陶瓷片3膨胀率又很小，陶瓷与铜侧壁焊接很容易失败的问题。

特别的，金属环11呈L型，内侧壁底部与陶瓷片3相焊接，顶部与冷却法兰7相焊接，冷却法兰7上开设有与金属环11相对应的焊接台阶。

冷却法兰7上开设有与金属环11相对应的焊接台阶，此台阶在焊接时能够最大限度减少焊接应力，小电流焊接使得陶瓷片3受热小，避免焊接过程中出现由于热收缩导致陶瓷片3碎裂的问题。另外使金属环11与冷却法兰7配合公差要求不高，利于加工。

对上述水气双冷高功率微波馈入窗进行了稳态微波等离子体实验装置验证，其连续工作2小时，温升不超过10°，累计工作20小时以上，依然完好无损，有效的解决了背景技术中所述的技术问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：包括对称相接设置真空侧窗体及非真空侧窗体，陶瓷片设置在真空侧窗体中靠近非真空侧窗体的一侧，陶瓷片外周设有水冷通道，非真空侧窗体中设有氮气冷却通道，所述真空侧窗体及非真空侧窗体均为锥形体状，呈大口径端相接，小口径端背离设置，两根波导管分别横向插设在真空侧窗体及非真空侧窗体的内腔中，所述非真空侧窗体的上下侧对称开设有冷氮气进口及冷氮气进/排口，上述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体内的波导管之间构成氮气冷却通道。

2.根据权利要求1所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述陶瓷片焊接在冷却法兰内，水冷通道设置在冷却法兰外侧圆周方向上。

3.根据权利要求1或2所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体的中心轴线均构成45度夹角。

4.根据权利要求1或2所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述冷氮气进口及冷氮气进/排口与非真空侧窗体的中心轴线延长线通过陶瓷片中心。

5.根据权利要求1或2所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述真空侧窗体及非真空侧窗体之间通过连接法兰相接，真空侧窗体及非真空侧窗体的另一端均设有标准波导连接法兰，真空侧窗体及非真空侧窗体中的波导管均为标准波导管，真空侧窗体及非真空侧窗体与标准波导管之间为圆滑过渡连接。

6.根据权利要求1或2所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述陶瓷片与冷却法兰之间密封焊接有金属环。

7.根据权利要求6所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述金属环截面呈L型，L型底面内侧壁与陶瓷片相焊接，冷却法兰上开设有与金属环相对应的焊接台阶。

8.根据权利要求6所述的水气双冷高功率微波馈入窗，其特征在于：所述金属环为可伐金属环。

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