專利名稱：一種寬帶行波管能量輸出窗及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微波電真空領域，尤其是涉及一種寬帶行波管能量傳輸?shù)妮敵龃凹捌渲圃旆椒ā?br> 背景技術：
現(xiàn)代軍事技術的發(fā)展日新月異，系統(tǒng)電子裝備對寬頻帶大功率發(fā)射器件也提出了越來越高的要求。螺旋線行波管是目前唯一能滿足寬頻帶電子對抗發(fā)射機性能要求的微波功率器件，它具有大功率、高效率、高增益、寬頻帶和長壽命等特點，廣泛地應用于各國防重點工程之中，被譽為裝備的“心臟”。由于我國基礎工作比較落后，以及種種現(xiàn)實條件因素的限制，我國生產(chǎn)水平與世界先進水平仍存在一定的差距。因此，研制寬頻帶行波管是研制先進的電子對抗發(fā)射機迫切需要解決的關鍵問題，也是提高電子裝備整體性能的根本。寬頻帶行波管工作頻帶主要由慢波系統(tǒng)決定，但是寬的頻帶范圍則由輸能窗的傳輸特性決定， 輸能窗性能的好壞與否直接決定慢波系統(tǒng)產(chǎn)生的互作用能量輸出到管外的多少。行波管輸能窗在結構上起著保持管內(nèi)真空的作用；在電氣性能上，使微波信號盡可能無損耗地從管外傳輸線傳送到慢波線(或從慢波線傳送到管外傳輸線)。在輸能窗的具體制作過程中，應充分考慮現(xiàn)有的工藝條件，在盡量滿足電氣性能的條件下，兼顧電子光學系統(tǒng)以及結構可靠性的要求。要實現(xiàn)管內(nèi)慢波線與管外傳輸線的良好匹配，就是要把管外傳輸線上的快電磁波完全轉換為管內(nèi)慢波線上的慢電磁波。工作頻率較寬范圍內(nèi)的行波管，隨著帶寬的增加，輸能窗的設計和制造更加困難，零件的加工和焊接稍有偏差將會引起信號的明顯反射，真空焊接性能不易保證，輸能窗的頻響特性很難滿足行波管寬工作頻帶的要求。因此，為了得到滿足使用要求的行波管輸能窗，克服寬帶行波管輸能窗的制作難度是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在的問題提供一種寬帶行波管能量輸出窗及其制造方法，其目的是真空氣密性良好、結構強度好、頻響特性均能滿足寬頻帶行波管的使用要求。本發(fā)明的技術方案是該種寬帶行波管能量輸出窗，包括內(nèi)導體組件、外導體組件和介質陶瓷，所述的內(nèi)導體組件包括內(nèi)導體針和內(nèi)導體環(huán)，所述的外導體組件包括外導體環(huán)和外導體座；所述的外導體環(huán)的一端嵌在外導體座內(nèi)孔的一端，介質陶瓷內(nèi)嵌在外導體座的內(nèi)孔中，且靠近外導體環(huán)的一端與外導體環(huán)的端部接觸，介質陶瓷的另一端與內(nèi)導體環(huán)連接；所述的內(nèi)導體針穿過外導體環(huán)、外導體座、介質陶瓷以及內(nèi)導體環(huán)的孔，且內(nèi)導體針、外導體環(huán)、外導體座、介質陶瓷以及內(nèi)導體環(huán)是同軸的；所述的內(nèi)導體針為階梯軸，介質陶瓷和內(nèi)導體環(huán)固定在內(nèi)導體針的最大臺階處的外圓上。所述的外導體座的外圓周為階梯軸，位于其直徑最大的外圓周上設有與外接頭相連接的螺紋。
所述的介質陶瓷為碗型圓筒狀，圓筒狀的外徑和錐狀的端面的內(nèi)孔均做金屬化處理，兩端部分別與外導體組件、內(nèi)導體組件焊接在一起。所述的外導體座與介質陶瓷焊接在一起，所述的外導體座與外導體環(huán)焊接在一起，內(nèi)導體針與內(nèi)導體環(huán)和介質陶瓷均是焊接在一起。一種制造上述寬帶行波管能量輸出窗的方法，具體為1)將加工好的的內(nèi)導體針進行鍍鎳處理；2)將已焊接好的的外導體組件進行鍍鎳處理；3)對介質陶瓷進行清洗；4)在介質陶瓷和內(nèi)導體針之間、在外導體座和介質陶瓷之間放置金銅81. 5焊料； 在內(nèi)導體針和內(nèi)導體環(huán)之間放置銀銅銦焊料；5)將上述固定好位置的組件放置在夾具上，焊接夾具保證同心度要求；6)將放置在夾具上的組件在氫爐內(nèi)進行焊接；7)焊接結束后，取下組件，對輸能窗進行真空氣密性檢查和駐波比的測試。其中，在氫爐內(nèi)進行焊接的具體方法是1)升溫速度不超過10°C /min，升溫到950士 15°C，保溫15-20min ；2)以 20°C /min 升溫至 1010+20°C，持續(xù) l_2min ；3)在 25-30 分鐘內(nèi)冷卻至 600士 15°C，保溫 IOmin ；4)以不超過10°C /min的速度冷卻至300士 15°C，然后隨爐冷卻到室溫。將固定好位置的組件放置在夾具上時，裝配的間隙介質陶瓷(4)和外導體座(3) 間隙是0. 02-0. 03mm,內(nèi)導體針(1)和介質陶瓷(4)間是0. 01-0. 02mm。輸能窗的氣密性小于IX IO-IlPa ·πι3Λ，工作頻帶在8_16GHz內(nèi)駐波比小于2. 5。具有上述特殊結構的一種寬帶行波管能量輸出窗及其制造方法具有以下優(yōu)點1.該種寬帶行波管能量輸出窗在寬帶行波管工作頻帶8-16GHZ內(nèi)滿足電壓駐波比小于2. 5的要求，甚至可達到1. 8以下，結構的真空氣密性良好，可承受直流150W的功率傳輸。2.該種寬帶行波管能量輸出窗結構強度好，滿足了行波管寬工作頻帶的要求，可應用到螺旋線行波管中，效果十分顯著，具有很好的應用推廣價值。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明制作過程中，釬焊溫度控制曲線示意圖。圖3為本發(fā)明駐波和頻率的曲線關系示意圖。在圖1-3中，1 內(nèi)導體針；2 外導體環(huán)；3 外導體座；4 介質陶瓷；5 內(nèi)導體環(huán)。
具體實施例方式由圖1-3所示結構結合可知，該種寬帶行波管能量輸出窗包括內(nèi)導體組件、外導體組件和介質陶瓷4，內(nèi)導體組件包括內(nèi)導體針1和內(nèi)導體環(huán)5，外導體組件包括外導體環(huán) 2和外導體座3 ；外導體環(huán)2的一端嵌在外導體座3內(nèi)孔的一端，介質陶瓷4內(nèi)嵌在外導體
4座3的內(nèi)孔中，且靠近外導體環(huán)2的一端與外導體環(huán)2的端部接觸，介質陶瓷4的另一端與內(nèi)導體環(huán)5連接；內(nèi)導體針1穿過外導體環(huán)2、外導體座3、介質陶瓷4以及內(nèi)導體環(huán)5的孔，且內(nèi)導體針1、外導體環(huán)2、外導體座3、介質陶瓷4以及內(nèi)導體環(huán)5是同軸的；內(nèi)導體針 1為階梯軸，介質陶瓷4和內(nèi)導體環(huán)5固定在內(nèi)導體針1的最大臺階處的外圓上；外導體座 3的外圓周為階梯軸，位于其直徑最大的外圓周上設有與外接頭相連接的螺紋。介質陶瓷4的材料為氧化鋁95瓷，為碗型圓筒狀，圓筒狀的外徑和錐狀的端面的內(nèi)孔均做金屬化處理，兩端部分別與外導體組件、內(nèi)導體組件焊接在一起，外導體座3與介質陶瓷4焊接在一起，外導體座3與外導體環(huán)2焊接在一起，內(nèi)導體針1與內(nèi)導體環(huán)5和介質陶瓷4均是焊接在一起。外導體座3的材料為瓷封材料可伐合金，圓環(huán)狀，外有螺紋和外接頭相連，內(nèi)部和介質陶瓷4焊接；外導體環(huán)2的材料為白銅合金，圓環(huán)狀，和與外導體座3 及介質陶瓷4的端面焊接；外導體座3和外導體環(huán)2先利用無氧銅焊料焊接成整體。內(nèi)導體針1的材料為鉬材，為細長圓柱針狀結構，在其最大臺階處和介質陶瓷4及內(nèi)導體環(huán)5焊接；內(nèi)導體環(huán)5為白銅，為圓環(huán)狀，放在介質陶瓷4內(nèi)孔的頂部，并且和內(nèi)導體針1焊接。制造該種寬帶行波管能量輸出窗的方法具體為1)將加工好的的內(nèi)導體針1進行鍍鎳處理；2)將已焊接好的的外導體組件進行鍍鎳處理；3)對介質陶瓷4進行清洗；4)在介質陶瓷4和內(nèi)導體針1之間、在外導體座3和介質陶瓷4之間放置金銅 81. 5焊料；在內(nèi)導體針1和內(nèi)導體環(huán)5之間放置銀銅銦焊料；5)將上述固定好位置的組件放置在夾具上，裝配的間隙陶瓷件和外導體間隙是 0. 02-0. 03mm,內(nèi)導體和陶瓷件間是0. 01-0. 02mm，焊接夾具保證同心度要求；6)將放置在夾具上的組件在氫爐內(nèi)進行焊接；7)焊接結束后，取下組件，對輸能窗進行真空氣密性檢查和駐波比的測試。其中，在氫爐內(nèi)進行焊接的具體方法是，1)升溫速度不超過10°C /min，升溫到950士 15°C，保溫15-20min ；2)以 20°C /min 升溫至 1010+20°C，持續(xù) l_2min ；3)在 25-30 分鐘內(nèi)冷卻至 600士 15°C，保溫 IOmin ；4)以不超過10°C /min的速度冷卻至300士 15°C，然后隨爐冷卻到室溫。用上述方法制造的輸能窗在進行真空氣密性檢查，其氣密性小于 IXlO-IlPa · m3/s ；進行駐波比的測試，工作頻帶(8_16GHz)內(nèi)滿足駐波比小于2. 5的要求，結構的真空氣密性良好，可承受直流150W的功率傳輸，滿足了行波管寬工作頻帶的要求，可應用到螺旋線行波管中。
權利要求
1.一種寬帶行波管能量輸出窗，其特征在于所述的輸出窗包括內(nèi)導體組件、外導體組件和介質陶瓷G)，所述的內(nèi)導體組件包括內(nèi)導體針(1)和內(nèi)導體環(huán)(5)，所述的外導體組件包括外導體環(huán)( 和外導體座(3)；所述的外導體環(huán)O)的一端嵌在外導體座(3)內(nèi)孔的一端，介質陶瓷內(nèi)嵌在外導體座C3)的內(nèi)孔中，且靠近外導體環(huán)( 的一端與外導體環(huán)(2)的端部接觸，介質陶瓷(4)的另一端與內(nèi)導體環(huán)(5)連接；所述的內(nèi)導體針(1)穿過外導體環(huán)O)、外導體座(3)、介質陶瓷(4)以及內(nèi)導體環(huán)(5)的孔，且內(nèi)導體針(1)、外導體環(huán)O)、外導體座(3)、介質陶瓷(4)以及內(nèi)導體環(huán)(5)是同軸的；所述的內(nèi)導體針⑴ 為階梯軸，介質陶瓷(4)和內(nèi)導體環(huán)(5)固定在內(nèi)導體針(1)的最大臺階處的外圓上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬帶行波管能量輸出窗，其特征在于所述的外導體座 (3)的外圓周為階梯軸，位于其直徑最大的外圓周上設有與外接頭相連接的螺紋。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種寬帶行波管能量輸出窗，其特征在于所述的介質陶瓷(4)為碗型圓筒狀，圓筒狀的外徑和錐狀的端面的內(nèi)孔均做金屬化處理，兩端部分別與外導體組件、內(nèi)導體組件焊接在一起。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種寬帶行波管能量輸出窗，其特征在于所述的外導體座 ⑶與介質陶瓷⑷焊接在一起，所述的外導體座⑶與外導體環(huán)⑵焊接在一起，內(nèi)導體針(1)與內(nèi)導體環(huán)( 和介質陶瓷(4)均是焊接在一起。
5.一種制造權利要求1-4所述的寬帶行波管能量輸出窗的方法，其特征在于所述的方法具體為，1)將加工好的的內(nèi)導體針(1)進行鍍鎳處理；2)將已焊接好的的外導體組件進行鍍鎳處理；3)對介質陶瓷(4)進行清洗；4)在介質陶瓷⑷和內(nèi)導體針⑴之間、在外導體座⑶和介質陶瓷⑷之間放置金銅81. 5焊料；在內(nèi)導體針⑴和內(nèi)導體環(huán)(5)之間放置銀銅銦焊料；5)將上述固定好位置的組件放置在夾具上，焊接夾具保證同心度要求；6)將放置在夾具上的組件在氫爐內(nèi)進行焊接；7)焊接結束后，取下組件，對輸能窗進行真空氣密性檢查和駐波比的測試。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種制造寬帶行波管能量輸出窗的方法，其特征在于在氫爐內(nèi)進行焊接的具體方法是，1)升溫速度不超過10°C/min，升溫到950士 15°C，保溫15-20min ；2)以20°C /min 升溫至 1010+20°C，保溫 Hmin ；3)在25-30分鐘內(nèi)冷卻至600士15°C，保溫IOmin ；4)以不超過10°C/min的速度冷卻至300士 15°C，然后隨爐冷卻到室溫。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的一種制造寬帶行波管能量輸出窗的方法，其特征在于 將固定好位置的組件放置在夾具上時，裝配的間隙介質陶瓷(4)和外導體座(3)間隙是 0. 02-0. 03mm,內(nèi)導體針(1)和介質陶瓷(4)間是0. 01-0. 02mm。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種制造寬帶行波管能量輸出窗的方法，其特征在于所述的輸能窗的氣密性小于IX IO-IlPa · m3/s，工作頻帶在8_16GHz內(nèi)駐波比小于2. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬帶行波管能量輸出窗，包括內(nèi)導體針、內(nèi)導體環(huán)、外導體環(huán)、外導體座和介質陶瓷；外導體環(huán)的一端嵌在外導體座內(nèi)孔的一端，介質陶瓷內(nèi)嵌在外導體座的內(nèi)孔中，靠近外導體環(huán)的一端與外導體環(huán)的端部接觸，介質陶瓷的另一端與內(nèi)導體環(huán)連接；內(nèi)導體針穿過外導體環(huán)、外導體座、介質陶瓷以及內(nèi)導體環(huán)的孔，內(nèi)導體針、外導體環(huán)、外導體座、介質陶瓷以及內(nèi)導體環(huán)是同軸的；內(nèi)導體針為階梯軸，介質陶瓷和內(nèi)導體環(huán)固定在內(nèi)導體針的最大臺階處的外圓上。該種輸出窗在寬帶行波管工作頻帶8-16GHz內(nèi)滿足電壓駐波比小于2.5的要求，甚至可達到1.8以下，結構的真空氣密性良好，可承受直流150W的功率傳輸，可應用到螺旋線行波管中。
文檔編號H01J9/00GK102243972SQ20111016210
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者吳華夏, 周秋俊, 張文丙, 朱剛, 王芳, 程海, 賀兆昌, 雷聲媛 申請人:安徽華東光電技術研究所