一种C波段低损耗高功率密封窗的制作方法

一种c波段低损耗高功率密封窗
技术领域
1.本发明属于电子通信技术领域，涉及微波密封窗，具体涉及一种c波段低损耗高功率密封窗。

背景技术：

2.随着高功率微波技术及深空探测、射电天文技术的不断发展，微波密封窗在微波传输系统中的应用和地位变得越来越重要。微波密封窗作为微波传输系统两端气压差的隔断，窗口一侧通常是常温常压区,而另一侧通常是低温真空区，通常对于微波密封窗需具备以下性能：1.微波传输性能好,即信号传输中微波损耗低,驻波小；2.高真空密封性能好，即承受气压高、功率大，漏率小；从而以利于高功率径向线阵列天线优化拓扑结构，实现高增益、高效率、高功率和圆极化辐射特性、及深空探测和射电天文系统制冷接收机降低噪声、提高接收灵敏度。
3.然而，目前现有技术密封窗存在以下缺陷：1.微波损耗大，驻波大，承受功率和气压低，例如c波段密封窗性能指标一般只能达到，插损≤0.2db,驻波≤1.2，承受功率≤1kw,承受气压≤1.5bar；2.在技术上难以同时兼顾低损耗、小驻波和高气压、高功率特性，如：应用于高功率传输系统的密封窗承受功率大，但损耗和驻波偏大，不适合高灵敏度制冷接收机使用；应用于高灵敏度制冷接收系统的密封窗损耗低，驻波小，但承受气压偏低，不适合高真空杜瓦系统使用等。3.如果设计和制造不良，频带内容易出现寄生模式，俗称“鬼模”，高功率应用时容易发生打火和炸窗现象。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种c波段低损耗高功率密封窗，其同时兼顾损耗低、驻波小、承受功率和气压高等特性(频带≥600mhz,插损≤0.1db,驻波≤1.1，承受功率≤4kw(avg),承受气压≤6bar)，频带内无寄生模式(俗称“鬼模”)，无打火和炸窗缺陷，能够满足各种应用需求。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种c波段低损耗高功率密封窗，其包括一个优选的圆波导组件和两段bj-70型变换波导，所述变换波导一端宽边倒角，另一端设有定制结构的波导法兰；所述圆波导组件由圆波导和窗片构成，窗片安装于圆波导轴向正中；两段变换波导分别安装于圆波导的两侧，且宽边倒角一端与圆波导相接，波导法兰一端向外，两波导法兰结构相同或不同。
6.进一步的，两段bj-70型变换波导的波导法兰为a型、d型、e型、非标件的4选2任意组合，两端波导法兰相同或不同。
7.如：其中一所述bj-70型变换波导由方波导和第一波导法兰、第一法构成；宽边倒角设于方波导的一端，且该端外与第一法兰相接，第一法兰与圆波相接，方波另一端外与第一波导法兰相接；其中另一所述bj-70型变换波导由第二法和第二波导法兰构成，宽边倒角设于第二波导法兰的一端，该端与圆波导一侧相接，第一法兰、第二法兰两者均安装在圆波
导两端，且两法兰通过螺钉固定。
8.其中，方波导与第一波导法兰、方波导与第一法、第一法兰与圆波导、第一法兰与第二法、第二法兰与第二波导法兰、第二法兰与圆波导配合缝隙处均安装有银铜焊线dhlagcu28。
9.或两段bj-70型变换波导为第三波导法兰和第四波导法兰；且第三波导法兰和第四波导法兰与圆波导相接的一端宽边设有倒角；冷却套位于圆波导外侧，且夹设固定在第三波导法兰与第四波导法兰之间。
10.其中，第三波导法兰与圆波导、第三波导法兰与冷却套、第四波导法兰与圆波导、第四波导法兰与冷却套配合缝隙处安装有银铜焊线dhlagcu28。
11.上述圆波导与窗片配合缝隙处安装有纯银焊料dhlag1。
12.进一步的，所述窗片为99％氧化铝瓷，介电常数εγ为9，厚度为mm制成；所述圆波导为薄壁件，壁厚为，内径为φ38.8mm，长度为14.4
±
0.01mm；所述bj-70转换波导与圆波导相接的宽边倒角为r2mm。
13.进一步的，所述窗片侧面金属化层厚度为0.008～0.015mm，窗片与圆波导之间留有0.1mm间隙，窗片与圆波导为套封结构，窗片位于圆波导轴向正中，窗片表面与圆波导端面同一侧的距离为，平行度为0.02mm；所述圆波导直径大于方波导对角线长，圆波导与方波导配合深度为1.5mm。
14.所述密封窗为两次钎焊后两端均须高真空(漏率≤1
×
10-10
pa
·
m3/s)氦检不漏的密封窗。
15.一种c波段低损耗高功率密封窗，频带≥600mhz,插损≤0.1db,驻波≤1.1，承受功率≤4kw(avg),承受气压≤6bar。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.1.本发明密封窗设计经过理论核算，建模仿真，参数扫描，数据优化等过程，其圆波导直径、长度，窗片厚度、介电常数，方波导宽边倒角等尺寸优选，传输损耗和驻波达得了理论最小。
18.2.本发明密封窗采用盒型窗结构，频带特性宽，陶瓷介质表面电场弱，承受功率大；圆波导和窗片采用套封钎焊，结实可靠，气密性好，承受气压高，结构简单，工艺成熟，制造良品率高。
19.3.本发明圆波导直径大于方波导对角线，通频带特性好，无模及其它寄生模式，无高功率打火和炸窗风险；圆波导为薄壁件，圆波导与窗片之间留有间隙，消除了焊接及热膨胀应力，无高气压漏气风险。
20.4.本发明窗片为99％氧化铝瓷，损耗低、驻波小，插入噪声小；尺寸一致性好，保证了气密性和机械强度，避免了寄生模式，提高了承载高功率和高气压性能。
21.5.本发明与圆波导相接的波导宽边倒角r2mm，展宽了频带特性，消除了高频击穿打火，提高了承受高功率极限。
22.6.本发明密封窗同时兼有损耗低，驻波小，承受功率和气压高(插损≤0.1db,驻波≤1.1，承受功率≤4kw(avg),承受气压≤6bar)，带内无寄生模式等特性；使用范围广，既可用于微波高功率传输系统，也可用于高灵敏度冷态接收机系统。
23.7.本发明密封窗二次开发价值高，如配置不同类型波导法兰，亦可作为微波功率源器件输能窗应用。
附图说明
24.图1本发明的圆波导组件示意图；
25.图2本发明的实施例1密封窗组件示意图；
26.图3本发明的实施例2密封窗组件示意图；
27.图4.本发明密封窗矢量网络分析仪实测损耗图；
28.图5.本发明驻波图。
29.图中：1.圆波导、2.窗片、3.纯银焊线(dhlag1)、4.方波导、5.第一波导法兰、6.螺钉、7.第一法兰、8.圆波导组件、9.第二法兰、10.第二波导法兰、11.银铜焊线(dhlagcu28)、12.第三波导法兰、13.冷却套、14.第四波导法兰。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的解释和说明，但本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
31.实施例1
32.参见图2，本实施例一种c波段低损耗高功率密封窗，包括一个优选的圆波导组件8和两段一端宽边优选倒角，另一端设有波导法兰的bj-70型变换波导；圆波导组件8由圆波导1和窗片2构成，窗片2安装于圆波导1轴向正中；圆波导1一侧的bj-70型变换波导由方波导4和第一波导法兰5、第一法兰7构成；方波导4宽边倒角的一端与第一法兰7相接，第一法兰7与圆波导1相接，方波导4另一端与第一波导法兰5相接；圆波导1另一侧的bj-70型变换波导由第二法兰9和第二波导法兰10构成，第二波导法兰10宽边倒角的一端与第二法兰9和圆波导1相接；安装于圆波导1两端的第一法兰7、第二法兰9通过螺钉6固定；圆波导1与窗片2配合缝隙处安装有纯银焊料(dhlag1)3,方波导4与第一波导法兰5、方波导4与第一法兰7、第一法兰7与圆波导1、第一法兰7与第二法兰9、第二法兰9与第二波导法兰10、第二法兰9与圆波导1配合缝隙处安装有银铜焊线(dhlagcu28)11。
33.为了保证通频带特性，消除模及其它寄生模式，避免高功率炸窗风险，圆波导1优选内径为φ38.8mm，长度为14.4mm，公差取
±
0.01mm。
34.为了缓冲焊接及热膨胀应力，避免高气压漏气风险，圆波导1优选壁厚为的薄壁件，且与窗片2之间留有0.1mm间隙。
35.为了减小插损和驻波，降低插入噪声，避免寄生模式，保证气密性和机械强度，提高承受高功率和高气压性能，窗片2优选99％的氧化铝瓷,厚度高承受高功率和高气压性能，窗片2优选99％的氧化铝瓷,厚度
36.为了保证焊接强度，避免高气压漏气风险，窗片2优选外径金属化层厚度(0.008～0.015)mm。
37.为了展宽频带特性，避免高频击穿打火，提高承受高功率极限，与圆波导1相接的方波导4和第二波导法兰10优选宽边倒角为r2mm。
38.为了保证频带特性，利用陶瓷介质表面电场弱，承载功率大的优势，密封窗优选为
盒型窗结构。
39.为了实现焊接结实可靠，气密性好，承受气压高，结构简单，工艺成熟，制造良品率高目的，圆波导1和窗片2采用套封结构。
40.为了简化工艺，避免装配失误，窗片设计于圆波导轴向正中，所述窗片表面与圆波导端面同一侧的距离为，平行度为0.02mm。
41.本发明所述密封窗须通过二次钎焊完成，即先钎焊完成圆波导组件(图1)，再钎焊完成密封窗组件(图2)，且两次钎焊均须高真空氦检确保气密性，以保证承受高气压特性。
42.本实施例密封窗与微波系统对接的第一波导法兰5和第二波导法兰10为a型、d型、e型、非标件的4选2任意组合，外形及接口尺寸或相同或不同，以满足不同安装和使用需求，但须保证波导口尺寸为bj-70型(34.85mm
×
15.8mm)，且与圆波导相接端的宽边倒角为r2mm。
43.实施例2
44.参见图3，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例密封窗两侧bj-70型变换波导分别由第三波导法兰12和第四波导法兰14构成；第三波导法兰12、第四波导法兰14宽边优选倒角一端与圆波导1相接，冷却套13夹设固定在第三波导法兰12与第四波导法兰14之间；圆波导1与窗片2配合缝隙处安装有纯银焊料(dhlag1)3,第三波导法兰12与圆波导1、第三波导法兰12与冷却套13、第四波导法兰14与圆波导1、第四波导法兰14与冷却套13配合缝隙处安装有银铜焊线(dhlagcu28)11。
45.为了冷却套安装定位，第三波导法兰12与第四波导法兰14开设有卡槽，冷却套夹设固定于第三波导法兰12与第四波导法兰14之间。
46.与实施例1相同，与微波系统对接的第三波导法兰12和第四波导法兰14为a型、d型、e型、非标件的4选2任意组合，外形及接口尺寸相同或不同，以满足不同安装和使用需求，波导口尺寸为bj-70型(34.85mm
×
15.8mm)，与圆波导相接端的宽边倒角为r2mm。
47.本实施例用作大功率微波功率源器件输出窗或高功率传输密封窗时，如必要，冷却套内充入循环空气、水、油等冷却剂应用。
48.测试验证
49.1.损耗、驻波测试
50.本发明密封窗矢量网络分析仪实测损耗如图4所示，驻波如图5所示。由于设计指标的损耗和驻波非常小，几乎接近仪器校准误差，系统校准时无法回避的微小干扰使系统本身损耗和驻波难以达到理想状态。因此，测试结果不可避免地包含了系统误差，导致读数偏大。但从测试结果来看，频带内损耗明显优于0.1db，驻波明显优于1.1,测试未发现存在寄生振荡。
51.2.承受气压测试
52.将本发明密封窗置入真空炉，在(580
±
20)℃，保温12h,循环热冲击三次，用氦质谱检漏仪检漏，漏率在10-10
pa·
m3/s氦试密封窗不漏气。
53.将密封窗一端密封打入压缩空气，在6bar气压下维持12h，未发现密封窗发生炸窗故障，检漏未发现漏气现象。特别指出，6bar是实验中压缩空气的气压极限，实际密封窗承压极限应不低于此值。
54.3.承受功率测试。
55.在高功率实验台上将密封窗插入波导传输系统，加载4kw平均传输功率，测试系统在插入密封窗前后的功率和微波频谱，发现密封窗插入未引起微波高功率明显减小和频谱寄生，连续工作48h未出现炸窗现象。

技术特征：

1.一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：其包括一个优选的圆波导组件和两段bj-70型变换波导，所述变换波导一端宽边倒角，另一端设有定制结构的波导法兰；所述圆波导组件(8)由圆波导(1)和窗片(2)构成，窗片(2)安装于圆波导(1)轴向正中；两段变换波导分别安装于圆波导(1)的两侧，宽边倒角一端与圆波导(1)相接，波导法兰一端向外，两波导法兰结构相同或不同。2.根据权利要求1所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：两段bj-70型变换波导的波导法兰为a型、d型、e型、非标件的4选2任意组合，两端波导法兰相同或不同。3.根据权利要求1或2所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：其中一所述bj-70型变换波导由方波导(4)和第一波导法兰(5)、第一法兰(7)构成；宽边倒角设于方波导(4)的一端，且该端外与第一法兰(7)相接，第一法兰(7)与圆波导(1)相接，方波导(4)另一端外与第一波导法兰(5)相接；其中另一所述bj-70型变换波导由第二法兰(9)和第二波导法兰(10)构成，宽边倒角设于第二波导法兰(10)的一端，该端与圆波导(1)一侧相接，第一法兰(7)、第二法兰(9)两者均安装在圆波导(1)两端，且两法兰通过螺钉(6)固定。4.根据权利要求3所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：方波导(4)与第一波导法兰(5)、方波导(4)与第一法兰(7)、第一法兰(7)与圆波导(1)、第一法兰(7)与第二法兰(9)、第二法兰(9)与第二波导法兰(10)、第二法兰(9)与圆波导(1)配合缝隙处均安装有银铜焊线dhlagcu28。5.根据权利要求1或2所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：两段bj-70型变换波导为第三波导法兰(12)和第四波导法兰(14)；且第三波导法兰(12)和第四波导法兰(14)与圆波导(1)相接的一端宽边设有倒角；冷却套(13)位于圆波导(1)外，且夹设固定在第三波导法兰(12)与第四波导法兰(14)之间。6.根据权利要求5所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：第三波导法兰(12)与圆波导(1)、第三波导法兰(12)与冷却套(13)、第四波导法兰(14)与圆波导(1)、第四波导法兰(14)与冷却套(13)配合缝隙处安装有银铜焊线dhlagcu28。7.根据权利要求4或6所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：所述圆波导(1)与窗片(2)配合缝隙处安装有纯银焊料dhlag1。8.根据权利要求6所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：所述窗片为99％氧化铝瓷，介电常数ε
γ
为9，厚度为1.36
+00.03
mm制成；所述圆波导为薄壁件，壁厚为内径为φ38.8mm，长度为14.4
±
0.01mm；所述bj-70转换波导与圆波导相接的宽边倒角为r2mm。9.根据权利要求7所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：所述窗片侧面金属化层厚度为0.008～0.015mm，窗片与圆波导之间留有0.1mm间隙，窗片与圆波导为套封结构；所述窗片表面与圆波导端面同一侧的距离为6.5
+00.03
mm,平行度为0.02mm；所述圆波导直径大于方波导对角线长，圆波导与方波导配合深度为1.5mm。10.根据权利要求1所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：所述密封窗为两次钎焊后两端均须高真空漏率≤1
×
10-10
pa
·
m3
/s氦检不漏的密封窗。11.根据权利要求1、2、3、4、6或7所述的一种c波段低损耗高功率密封窗，其特征在于：频带≥600mhz,插损≤0.1db,驻波≤1.1，承受功率≤4kw(avg),承受气压≤6bar。

技术总结

本发明提供了一种C波段低损耗高功率密封窗，其包括一个优选的圆波导组件和两段BJ-70型变换波导，变换波导一端宽边倒角，另一端设有定制结构的波导法兰；圆波导组件由圆波导和窗片构成，窗片安装于圆波导轴向正中；两段变换波导分别安装于圆波导两侧，且宽边倒角一端与圆波导相接，波导法兰一端向外，两波导法兰结构相同或不同。密封窗采用盒型窗结构，频带特性宽，陶瓷介质表面电场弱，承受功率大；圆波导和窗片采用套封钎焊，气密性好，承压高。密封窗兼顾低损耗、小驻波、承受高功率和高气压等特性(频带≥600MHz,插损≤0.1dB,驻波≤1.1，承受功率≤4kW(AVG),承受气压≤6bar)，频带内无寄生模式(俗称“鬼模”)，无打火和炸窗缺陷，能够满足各种应用需求。能够满足各种应用需求。能够满足各种应用需求。