CN111524769A

CN111524769A - 用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗

Info

Publication number: CN111524769A
Application number: CN202010375427.5A
Authority: CN
Inventors: 刘泳良; 唐康淞; 缪国兴; 高察; 王建; 王庆祥; 李芬; 翟德慧
Original assignee: Aerospace Information Research Institute of CAS
Current assignee: Aerospace Information Research Institute of CAS
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2040-05-06
Also published as: CN111524769B

Abstract

本公开提供了一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，包括：窗片、封接件、波导法兰和过渡波导，封接件套设于窗片外侧，且所述封接件与所述窗片圆周密封相连；波导法兰与所述封接件上侧相连；过渡波导套设于所封接件下侧密封相连；所述封接件、波导法兰和过渡波导内部形成真空空腔。结构简单、可靠性高，满足行波管驻波小、耐温度冲击、耐力学振动，且具有很好的散热性能的要求。

Description

用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗

技术领域

本公开涉及微波电真空器件领域，尤其涉及一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗。

背景技术

行波管是靠连续调制的电子注的速度来实现放大功能的微波电子管，待放大的微波信号经输入窗进入慢波电路、并沿慢波电路行进。电子与行进的微波场进行能量交换，使微波信号得到放大，再由输出窗输出。因此，行波管的输出窗直接影响行波管损耗大小、特性阻抗匹配好坏、频带宽窄等。

随着波段的带宽、输出功率、可靠性、热设计(包括损耗与散热)的要求的提高，输出窗的驻波，结构可靠性，散热能力均提出了更高的要求。

传统的输出波导窗普遍采用盒型窗结构，该结构可靠性低，，封接应力大，热匹配性差。盒型窗的封接零件和波导零件采用可伐，散热能力不足，导致局部温度过高。合理的材料选择和封接结构是获得高可靠陶瓷-金属封接的关键，直接影响到陶瓷与金属封接的气密性，抗温度冲击、力学振动的能力。并且材料选用散热差的可伐，已经很难满足Ka波段大功率空间行波管的可靠性的要求。

因此设计一种驻波系数小，高频损耗小，散热能力强，封接结构可靠性高的输出波导窗对于Ka波段大功率空间行波管是很有意义的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，包括：

封接件，套设于窗片外侧，且所述封接件与所述窗片圆周密封相连；

波导法兰，与所述封接件上侧相连；

过渡波导，套设于所封接件下侧密封相连；

所述封接件、波导法兰和过渡波导内部形成真空空腔。

在本公开的一些实施例中，所述波导法兰与所述过渡波导的矩形波导面的方向相同。

在本公开的一些实施例中，所述窗片的材料为A-99氧化铝、氮化硼或者蓝宝石中一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述窗片的边缘进行钼锰金属化处理和/或镀镍防护处理。

在本公开的一些实施例中，所述封接件的材料为钨铜合金。

在本公开的一些实施例中，所述封接件的表面进行镀镍处理。

在本公开的一些实施例中，所述过渡波导的材料为弥散无氧铜。

在本公开的一些实施例中，所述波导法兰的材料为钨铜，其中，热导率大于220W/(m·K)。

在本公开的一些实施例中，还包括：定位销，与所述波导法兰相连，且与所述封接件相接触。

在本公开的一些实施例中，所述波导法兰与所述封接件相连的位置设置有矩形台阶结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗结构简单、散热性好、可靠性高。

(2)本公开中采用可靠性最高的套封结构，保证封接后陶瓷处于压应力状态，可靠性高，解决了金属陶瓷封接的匹配问题。

(3)本公开中输出波导窗简单、可靠性高，满足行波管驻波小、耐温度冲击、耐力学振动，且具有很好的散热性能的要求。

(4)本公开中波导法兰和过渡波导采用钨铜和弥散无氧铜，满足强度的情况下，散热能力大大提高，满足大功率空间行波管的输出窗的散热问题及高频损耗问题。

附图说明

图1为本公开实施例用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的示意图。

图2为本公开实施例用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的驻波测试图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-真空空腔；

2-窗片；

3-封接件；

4-波导法兰；

5-过渡波导；

6-定位销；

7-矩形台阶结构。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗。图1为本公开实施例用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的示意图。如图1所示，本公开用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗包括：窗片2、封接件3、波导法兰4和过渡波导5；封接件3套设于所述窗片2外侧，且所述封接件3与所述窗片2圆周密封相连；波导法兰4与所述封接件3上侧焊接相连；过渡波导5套设于所述封接件3下侧密封相连。封接件3、波导法兰4和过渡波导5一体连接，其内部形成真空空腔1。

具体的，所述波导法兰4与所述过渡波导5的矩形波导面的方向相同。关于矩形波导面，波导为能够引导电磁波定向传输的导波装置，其中，矩形波导内没有内导体，结构简单，机械强度高，损耗低，功率容量大，只能传播TE波或TM波。定位销6设置于波导法兰4且与封接件3相接触，实现波导法兰与封接件3的定位。

具体的，所述波导法兰4与所述封接件3相连的位置设置有矩形台阶结构7，进一步优化密封效果。

以下分别对本实施例用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的各个组成部分进行详细描述。

窗片2，材料为A-99氧化铝、氮化硼或者蓝宝石中一种或多种。窗片2的边缘进行钼锰金属化处理和/或镀镍防护处理。

封接件3，材料为钨铜合金。封接件3的表面进行镀镍处理。

过渡波导5，材料为弥散无氧铜。

波导法兰4，材料为钨铜，其中，热导率大于220W/(m·K)，以获得良好的散热效果。

在一具体实施方式中本公开用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的制造过程包括：

步骤1，将定位销插入波导法兰4，进行定位。

步骤2，将加工好的封接件，经过电镀镍处理。

步骤3，清洗窗片后，900℃、10min素烧，再依次经过Mo-Mn法金属化和电镀镍。

步骤4，在封接件与窗片、法兰波导、过渡波导相连的位置分别放置直径Φ0.4的AuCu20焊料丝。

步骤5，将输出波导窗主体、封接件、窗片、法兰波导、过渡波导和焊料丝按照上述要求从下到上依次装配到耐高温发黑不锈钢和陶瓷的定位模具上，过渡波导上放置压块，定位销插入封接件上的定位槽中。

步骤6，将步骤5中放置在定位模具上的组件在氢气保护炉中进行钎焊。此时，封接件与金属化好的窗片间隙是0.04-0.06mm，上下位置采用A-95氧化铝陶瓷做定位模具，防止污染窗片。步骤6包括：

子步骤61，以升温速度不超过15℃/min，升温到890℃±20℃，保温15-20min；

子步骤62，以升温速度不超过20℃/min，升温到950℃±10℃，保温2-3min；

子步骤63，在40分钟内冷却到600℃±10℃；

子步骤64，再在20分钟内冷却到400℃±10℃，然后随炉冷却到室温。

步骤7，焊接结束后，依次去压块、输出波导窗组件，对输出波导窗进行密封性检验和驻波比测试。

图2为本公开实施例用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的驻波测试图。如图2所示，本公开提供的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗的气密性优于5×10^-11Pa·m³/s，工作频带29-31GHz内驻波比小于1.3。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其驻波系数小，高频损耗小，散热能力强，封接结构可靠性高，对于Ka波段大功率空间行波管有重要意义。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，包括：

波导法兰，与所述封接件上侧相连；

过渡波导，套设于所封接件下侧密封相连；

所述封接件、波导法兰和过渡波导内部形成真空空腔。

2.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述波导法兰与所述过渡波导的矩形波导面的方向相同。

3.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述窗片的材料为A-99氧化铝、氮化硼或者蓝宝石中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述窗片的边缘进行钼锰金属化处理和/或镀镍防护处理。

5.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述封接件的材料为钨铜合金。

6.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述封接件的表面进行镀镍处理。

7.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述过渡波导的材料为弥散无氧铜。

8.根据权利要求1所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述波导法兰的材料为钨铜，其中，热导率大于220W/(m·K)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，还包括：定位销，与所述波导法兰相连，且与所述封接件相接触。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的用于Ka波段大功率空间行波管的输出波导窗，其中，所述波导法兰与所述封接件相连的位置设置有矩形台阶结构。