太赫茲電磁波雙尖劈長條矩形窗片輸能窗的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太赫茲輸能裝置，更具體地涉及一種太赫茲電磁波雙尖劈長條矩形窗片輸能窗。
【背景技術】
[0002]最近十年來，國內外都出現了對太赫茲(0.1THz?1THz)技術進行研宄的熱潮，同時出現了巨大的應用前景。例如，在以被動方式觀察星體輻射的射電天文望遠鏡中，需要太赫茲電磁波源作為本振源；利用THz傳輸和遠紅外頻譜儀可以研宄溶解的HCl的旋轉吸收譜；太赫茲成像系統可以對塑料等包裝物之內的隱秘物體進行探測；還可以應用于通信，2006年日本NTT公司研制成功了能覆蓋1.5公里的太盒子通信演示系統；在軍事上也具有廣闊應用前景，美國已經研制成功工作于W波段的星載成像雷達和工作在0.225THz機載成像雷達系統。
[0003]另一方面，以行波管為代表的電真空器件作為大功率電磁波產生器件或放大器件，目前也正在向著太赫茲頻譜進軍，從而發展出應用于太赫茲頻譜的太赫茲電真空器件。比如，俄羅斯已經研制出直到ITHz的反波管，美國已經研制出直到0.22THz的行波管，CPI加拿大公司已經研制出直到0.3THz的分布作用腔振蕩器/放大器(Extended Interact1nOscillator (E1) /Extended Interact1nAmplifier (EIA)),國內也研制出了直到 0.1THz的行波管。
[0004]由于行波管等電真空器件是依靠在真空中的電子注產生或放大電磁波的，因此要求必須有一個輸能窗將電磁波從管內輸送到管外。在小功率條件下，同軸輸能窗在直到40GHz (0.04THz)都具有優越的性能。但在大功率情況下，即使在30GHz附近的頻段，由于同軸輸能結構的尺寸較小，高頻損耗已經較大，因此不再適宜于大功率應用。在功率大于50W后，國內外報道過的各類毫米波行波管大多采用以波導為接口的輸能窗結構。以波導為接口的輸能窗結構有盒形窗和Litton窗等，其中最具有典型性的是盒形窗，其典型結構如圖1所示，其中圖1(a)是正視圖，圖1(b)是剖面圖，圖1(c)是頂視圖，圖1d是等軸三維圖。由該圖可知，這種窗的核心是圓形窗片，計算表明在30GHz附近頻域，盒形窗窗片的尺寸約為Φ11.6πιπιΧ0.3mm，而在0.3THz附近頻域，按波長比例可知盒形窗窗片的尺寸已經縮小到為Φ 2.32mmX 0.06mm。根據盒形窗的現有制造工藝，需要將窗片在與窗外導體接觸的部位進行金屬化，此后還需要用焊料將窗片與窗外導體焊接起來，要求所形成的成品具有氣密性。然而，就現有制造技術而言，對于尺寸僅為Φ2.32mm X 0.06mm的窗片，已經無法對其進行金屬化操作，也無法將其與窗外導體進行焊接。由于這種原因，目前還沒有關于工作于0.15THz以上的盒形窗的報道，人們也正在尋求更適用的新的結構。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種太赫茲電磁波雙尖劈長條矩形窗片輸能窗，以實現在大功率應用中的太赫茲電磁波的輸出。
[0006]為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種太赫茲電磁波雙尖劈長條矩形窗片輸能窗，包括兩件半波導板7和一件雙尖劈長條矩形窗片8，其中所述雙尖劈長條矩形窗片8裝配在所述兩件半波導板7之間，并被鑲嵌在所述兩件半波導板7的開槽內，三者之間的接觸面相互焊接，以保證氣密性。
[0007]其中，所述半波導板7是一個開有通槽的平板，所述通槽的寬度為a，深度為b/2，其中a、b是所述輸能窗工作頻段所對應的標準矩形波導內腔的長度和寬度。
[0008]其中，當工作頻段為217?330GHz時，a和b參數分別為0.8636mm和0.4318mm。
[0009]其中，所述半波導板7的材料選自鉬材料、鉬銅合金、鎳銅合金或無氧銅。
[0010]其中，所述雙尖劈長條矩形窗片8是一個在上下兩端各具有一個尖劈的矩形長條，所述雙尖劈長條矩形窗片8的中間部位長度為L，尖劈長度為LI，且L為I?3mm，LI為I ?3mm0
[0011]其中，所述雙尖劈長條矩形窗片8的材料選自石英晶體、99% Al2O3陶瓷、99% BeO陶瓷、BN陶瓷或藍寶石。
[0012]作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種太赫茲電磁波雙尖劈長條矩形窗片輸能窗的制造方法，包括以下步驟:
[0013]加工半波導板7，在所述半波導板7上依次鍍上銅膜和金膜；將已鍍銅、金的所述半波導板7置于氫爐中，在900°C條件下燒氫20分鐘，冷卻備用；
[0014]加工雙尖劈長條矩形窗片8，在所述雙尖劈長條矩形窗片8的相應表面進行金屬化；在所述雙尖劈長條矩形窗片8的金屬化面上依次鍍上銅膜和金膜；將完成鍍金的所述雙尖劈長條矩形窗片8置于氫爐中，在900°C條件下燒氫20分鐘，冷卻備用；
[0015]制造模具，所述模具上加工有能夠固定所述半波導板7和所述雙尖劈長條矩形窗片8組裝成的雙尖劈長條矩形窗片輸能窗6的固定裝置；
[0016]取兩件所述半波導板7和一件所述雙尖劈長條矩形窗片8，兩件所述半波導板7的兩端對齊且開槽相對，所述開槽內嵌入所述雙尖劈長條矩形窗片8，從而組裝成所述雙尖劈長條矩形窗片輸能窗6 ;
[0017]將獲得的所述雙尖劈長條矩形窗片輸能窗6裝配到所述模具中并固定；
[0018]將所述模具置入氫爐中，在干燥氫氣氣氛和950°C溫度下保溫10分鐘；
[0019]將所述模具從氫爐中取出，拆卸所述模具即得所述雙尖劈長條矩形窗片輸能窗6成品。
[0020]其中，所述半波導板7在鍍銅膜之前，以及所述雙尖劈長條矩形窗片8在金屬化處理之前，均分別進行了清洗處理。
[0021 ] 其中，所述雙尖劈長條矩形窗片8進行金屬化處理時金屬化層的厚度為I?2 μ m ;以及所鍍的所述銅膜和金膜的厚度分別為I?2 μπι。
[0022]其中，所述模具采用熱膨脹系數不同的材料，能夠在高溫條件下向內擠壓固定在所述模具內的工件。
[0023]基于上述技術方案可知，本發明具有如下優點:
[0024](I)本發明的核心是雙尖劈長條矩形窗片的采用。對于本發明提出的輸能窗，窗片中間部位的寬度a和厚度b受到工作頻段的電磁波波長的限制，但是窗片的總長度2XL1+L不受波長的限制，可以根據需要選擇較長的長度，比如，在0.3THz頻段，窗片的總長度2XL1+L可以設計為5?6mm，因此保證可以進行后續的金屬化等工藝，并獲得輸能窗成品。而在0.3THz頻段，上文已經提到傳統盒形窗窗片的尺寸已經縮小到為Φ2.32mmX0.06mm,已經不能進行后續的金屬化等工藝，也就不能獲得輸能窗成品了。
[0025](2)本發明根據所提出的新型結構，設計相應的制造工藝。在此工藝中，利用所鍍的一層銅膜和一層金膜代替傳統焊接工藝中的外加焊料絲和外加焊料片，減少了焊接工藝中的零件變形。另外，在本發明提出的工藝中，通過模具對所欲焊接的輸能窗從外部施加了熱壓力，保證了焊接面的密切接觸，提高了氣密性和可靠性。
【附圖說明】
[0026]圖1為現有的盒形窗的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明的雙尖劈長條矩形窗片輸能窗的結構示意圖；
[0028]圖3為本發明的半波導板的結構示意圖；
[0029]圖4為本發明的雙尖劈長條矩形窗片的結構示意圖；