CN111489946B - 一种回旋管能量耦合窗 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种回旋管能量耦合窗，包括：窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒和冷却水接头；其中，窗支架筒设置在窗封接筒的底部，窗定位法兰转接盘套接在窗封接筒上，且窗支架筒、窗封接筒以及窗定位法兰转接盘三者之间为气密性焊接；窗定位法兰转接盘的外侧还设置有至少两根与其内部相连通的冷却水接头。该回旋管能量耦合窗克服现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废的问题。
Description
技术领域
本发明涉及回旋管制造的技术领域，具体地涉及一种回旋管能量耦合窗。
背景技术
太赫兹科学与技术是一门跨学科的新兴交叉科学，衔接了宏观的经典电磁波理论与微观量子理论。太赫兹波具有独特的瞬态性、高穿透性、宽带性、相干性和低能性等特性，在超高速空间通讯、超高分辨率武器制导、医学成像、安全检查、物质与太赫兹光谱特征分析、材料检测等领域具有广泛的应用前景。
自2000年以来,太赫兹真空电子学有了很快的发展并取得了重要的成果,可以工作在太赫兹频段的真空电子学的大功率太赫兹源主要有回旋管、SmithPurcell效应器件、返波管等。这些器件中，回旋管是快波器件，高频结构的尺寸与其它器件相比有很大优势，在220GHz以上乃至THz频段，可以实现瓦级到千瓦量级，甚至更高功率的信号输出。
由于大气或波导中，太赫兹波信号的衰减较大，研制更大功率的太赫兹信号源成为推动太赫兹技术发展的关键。在所有太赫兹信号源中，回旋管和自由电子激光可以产生百瓦甚至千瓦级别的输出功率，但是自由电子激光不管在体积、重量以及输出功率等方面均没有回旋管有优势，所以太赫兹回旋管有很大的研究和应用价值。
现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废。
因此，提供一种在使用过程中可以有效地解决以上技术问题的一种回旋管能量耦合窗是本发明亟需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废的问题，从而提供一种在使用过程中可以有效地解决以上技术问题的一种回旋管能量耦合窗。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种回旋管能量耦合窗，所述回旋管能量耦合窗包括：窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒和冷却水接头；其中，
所述窗支架筒设置在所述窗封接筒的底部，所述窗定位法兰转接盘套接在所述窗封接筒上，且所述窗支架筒、所述窗封接筒以及所述窗定位法兰转接盘三者之间为气密性焊接；所述窗定位法兰转接盘的外侧还设置有至少两根与其内部相连通的冷却水接头。
优选地，所述回旋管能量耦合窗包括：焊接补偿环；
所述窗定位法兰转接盘呈圆筒状，其顶部设置有所述焊接补偿环。
优选地，所述焊接补偿环采用真空熔炉钼加工，且其外表面电镀涂覆金属镍层。
优选地，所述窗封接筒的内腔设置有焊接台阶，其上部水平设置有窗瓷。
优选地，所述窗封接筒的材质为无氧铜。
优选地，所述窗瓷采用陶瓷材料。
优选地，所述窗定位法兰转接盘上间隔设置有多个定位孔。
优选地，所述窗支架筒的材质为不锈钢，且外表面电镀涂覆有金属镍层。
优选地，所述窗定位法兰转接盘的材质为不锈钢或可伐合金材料，且外表面电镀涂覆金属镍层。
通过上述技术方案，本发明提供的回旋管能量耦合窗在使用时的有益效果为：本发明提供一种应用于回旋管的能量耦合窗由窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒、焊接补偿环四个部分焊接后形成一个空腔间隙，空腔间隙通过上述所述的冷却进出水接头与外部接通，冷却进出水接头一般采用两个，一个用于冷却液体流入空腔间隙，一个用于冷却液体流出空腔间隙，采用这样的设计大大提高了窗的耐热能力以及窗的输出功率容量。克服了现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废的问题。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明提供的一种优选的实施方式中提供的一种回旋管能量耦合窗的内部结构示意图。
附图标记说明
1窗支架筒 2窗定位法兰转接盘
3焊接补偿环 4窗瓷
5窗封接筒 6冷却水接头
7定位孔
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
如图1所示，本发明提供了一种回旋管能量耦合窗，所述回旋管能量耦合窗包括：窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒和冷却水接头；其中，
所述窗支架筒设置在所述窗封接筒的底部，所述窗定位法兰转接盘套接在所述窗封接筒上，且所述窗支架筒、所述窗封接筒以及所述窗定位法兰转接盘三者之间为气密性焊接；所述窗定位法兰转接盘的外侧还设置有至少两根与其内部相连通的冷却水接头。
在上述方案中，本发明提供一种应用于回旋管的能量耦合窗其特征在于由窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒、焊接补偿环四个部分焊接后形成一个空腔间隙，空腔间隙通过上述所述的冷却进出水接头与外部接通，冷却进出水接头一般采用两个，一个用于冷却液体流入空腔间隙，一个用于冷却液体流出空腔间隙，采用这样的设计大大提高了窗的耐热能力以及窗的输出功率容量。克服了现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废的问题。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述回旋管能量耦合窗包括：焊接补偿环；所述窗定位法兰转接盘呈圆筒状，其顶部设置有所述焊接补偿环。
在上述方案中，所述焊接补偿环位于窗定位法兰转接盘顶端面的定位台阶上，其内径卡在窗封接筒上，目的在于防止高温焊料焊接能量耦合窗时，因窗封接筒与窗瓷热膨胀系数的差异导致窗焊接漏气情况发生，焊接补偿环材料选用热膨胀系数相对较小的真空熔炉钼加工，同时为了提高焊料在焊接缝隙的浸润性，在焊接补偿环外表面电镀涂覆一层6～20um金属镍。
在上述方案中，所述窗封接筒的内腔设置有焊接台阶，其上部水平设置有窗瓷。
所述窗封接筒5采用无氧铜加工成薄壁筒状结构，圆筒内部设置有台阶，用于定位焊接窗瓷；所述窗瓷选用具有较小的介电常数和损耗角正切、较高的热传导率和机械强度、适当的热膨胀系数的陶瓷材料，本发明选用蓝宝石材料。
所述窗定位法兰转接盘外形主体结构成圆筒状，顶端面带有定位焊接补偿环的台阶，顶端外侧沿圆周均布设置由8个用于与外部设备连接的定位孔，下部圆筒外侧面沿径向设置有两个孔，分别用于焊接冷却进出水接头；窗定位法兰转接盘采用不锈钢材料或可伐合金材料加工而成，外表面电镀涂覆一层6～20um金属镍，目的在于焊接时焊料能很好的浸润焊接缝隙。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述窗支架筒的材质为不锈钢，且外表面电镀涂覆有金属镍层。
在上述方案中，所述窗支架筒设置于能量耦合窗最下端，并与窗定位法兰转接盘、窗封接筒达到气密性焊接；窗支架筒采用不锈钢材料或可伐合金材料加工而成，外表面电镀涂覆一层6～20um金属镍，目的在于焊接时焊料能很好的浸润焊接缝隙。
综上所述，本发明提供的回旋管能量耦合窗由窗支架筒、窗定位法兰转接盘、窗封接筒、焊接补偿环四个部分焊接后形成一个空腔间隙，空腔间隙通过上述所述的冷却进出水接头与外部接通，冷却进出水接头一般采用两个，一个用于冷却液体流入空腔间隙，一个用于冷却液体流出空腔间隙，采用这样的设计大大提高了窗的耐热能力以及窗的输出功率容量。克服了现有技术中的回旋管工作在高功率和连续波时，因电子能量消耗导致大量的热能沉积在腔壁和能量耦合窗上，会导致窗片温度过高，热应力过大，从而降低回旋管的输出功率、模式纯度及稳定性，严重情况会致使窗片破裂而导致回旋管报废的问题。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述回旋管能量耦合窗包括：窗支架筒(1)、窗定位法兰转接盘(2)、窗封接筒(5)和冷却水接头(6)；其中，
所述窗支架筒(1)设置在所述窗封接筒(5)的底部，所述窗定位法兰转接盘(2)套接在所述窗封接筒(5)上，且所述窗支架筒(1)、所述窗封接筒(5)以及所述窗定位法兰转接盘(2)三者之间为气密性焊接；所述窗定位法兰转接盘(2)的外侧还设置有至少两根与其内部相连通的冷却水接头(6)；
所述回旋管能量耦合窗包括：焊接补偿环(3)；
所述窗定位法兰转接盘(2)呈圆筒状，其顶部设置有所述焊接补偿环(3)。
2.根据权利要求1所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述焊接补偿环(3)采用真空熔炉钼加工，且其外表面电镀涂覆金属镍层。
3.根据权利要求1所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗封接筒(5)的内腔设置有焊接台阶，其上部水平设置有窗瓷(4)。
4.根据权利要求3所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗封接筒(5)的材质为无氧铜。
5.根据权利要求3所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗瓷(4)采用陶瓷材料。
6.根据权利要求1所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗定位法兰转接盘(2)上间隔设置有多个定位孔(7)。
7.根据权利要求1所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗支架筒(1)的材质为不锈钢，且外表面电镀涂覆有金属镍层。
8.根据权利要求1所述的回旋管能量耦合窗，其特征在于，所述窗定位法兰转接盘(2)的材质为不锈钢或可伐合金材料，且外表面电镀涂覆金属镍层。
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