一種微波輸出窗及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及大功率真空電子器件技術領域，尤其設及一種微波輸出窗及其制造方 法。
【背景技術】
[0002] 高能加速器、對撞機、自由電子激光器等大型科學實驗裝置的發展對數十到百兆 瓦功率量級的速調管提出了需求。此類速調管的設計、制作與測試具有很高的難度，尤其體 現在其輸出窗部件上。輸出窗在速調管中有兩個功能，一是保證速調管與外界的真空隔離， 二是把微波能量高效率地傳輸至外負載。隨著微波功率量級的提高，輸出窗介質窗片處的 場強急劇增大，容易發生高頻擊穿，使介質窗片損壞。為此，需要發展具有更高功率容量的 速調管輸出窗。
[0003] 速調管的微波輸出一般采用盒形窗（見文獻"大功率速調管輸出窗設計的研究"， 北京廣播學院學報，2004年12月，第11卷，第4期），其結構如圖1所示，其由圓波導13、介質窗 片14、矩形輸入波導11、矩形輸出波導12組成。其介質窗片14的厚度為1/2波導波長，在介質 窗片兩側的微波均W行波模式傳播，而介質窗片內的微波則為駐波模式。
[0004] 在高峰值功率速調管中，輸出窗的主要失效原因是高頻電場擊穿造成介質窗片損 壞。若要提高輸出窗功率容量，主要是降低介質窗片處的電場強度。為此，國外學者曾提出 大半徑盒形窗、長尺寸盒形窗、波紋介質窗片盒形窗等結構，其思路集中在加大介質窗片表 面積W降低電場強度上，運種方式可W在一定程度上提高功率容量，但效果并不顯著。同 時，輸出窗幾何尺寸的擴大是有限度的，當介質窗片直徑大于波導對角線長度過多時，容易 引起非工作模式振蕩現象，加大介質窗片損壞的幾率。現有技術存在如下技術缺陷：
[0005] (1)在普通盒型窗中，介質窗片內的微波場W駐波形式存在，電場強度大，容易引 起高頻擊穿；
[0006] (2)介質窗片較厚，容易引起振蕩模式，且介質損耗大；
[0007] (3)介質窗片與圓波導焊接處未采取保護措施，焊接造成的不均勻性容易引起高 頻擊穿;受W上技術缺陷限制，普通盒型窗功率容量較低。
【發明內容】
[0008] (一)要解決的技術問題
[0009] 為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種微波輸出窗及其制造方 法。
[0010] (二很術方案
[0011] 本發明提供了一種微波輸出窗，該微波輸出窗包括矩形輸入波導11、矩形輸出波 導12、圓波導13、第一金屬膜片15和第二金屬膜片16,其中，第一金屬膜片15為矩形環狀結 構，該矩形環狀結構的外周長等于矩形輸入波導11矩形截面的內周長，其四邊固定于矩形 輸入波導11的靠近圓波導13的內腔壁;第二金屬膜片16為矩形環狀結構，該矩形環狀結構 的外周長等于矩形輸入波導12矩形截面的內周長，其四邊固定于矩形輸入波導12的靠近圓 波導13的內腔壁。
[0012] 優選地，該微波輸出窗還包括介質窗片14、第一防護環17和第二防護環18,第一防 護環17和第二防護環18為圓環結構，圓環的外直徑等于圓波導13內腔的直徑，第一防護環 17和第二防護環18分別緊貼介質窗片14的兩側并固定于圓波導13的內腔壁。
[0013] 優選地，第一金屬膜片15和第二金屬膜片16與介質窗片14阻抗匹配，微波在介質 窗片14表面無反射，介質窗片14內的微波呈行波狀態。
[0014] 優選地，第一金屬膜片15和第二金屬膜片16與介質窗片14表面的距離L滿足：
[0015]
[0016] 式中g分別為微波在介質窗片14內和介質窗片14外的圓波導13內腔的波導波 長。
[0017]優選地，介質窗片14厚度為V g/4，A^ g為微波在介質窗片14外的圓波導13內腔的波 導波長。
[0018] 本發明還提供了一種微波輸出窗的制造方法，具體包括:步驟A:將介質窗片14、第 一防護環17和第二防護環18固定于圓波導13內腔;在步驟A之前、之后或同時，還包括步驟 B:將第一金屬膜片15、第二金屬膜片16分別固定于矩形輸入波導11和矩形輸出波導12;步 驟C:將矩形輸入波導11和矩形輸出波導12連接至圓波導13,制成微波輸出窗。
[0019] 優選地，步驟A具體包括:子步驟A1:將第一防護環17放置于圓波導13內腔，四周與 圓波導13內腔壁接觸，將圓波導13放入高溫針焊爐，將第一防護環17焊接至圓波導13內腔； 子步驟A2:將介質窗片14放置于圓波導13內腔并緊貼第一防護環17,四周與圓波導13內腔 壁接觸，將圓波導13放入高溫針焊爐，將介質窗片14焊接至圓波導13內腔;子步驟A3:將第 二防護環18放置于圓波導13內腔并緊貼介質窗片14,四周與圓波導13內腔壁接觸，將圓波 導13放入高溫針焊爐，將第二防護環18焊接至圓波導13內腔。
[0020] 優選地，步驟A具體包括:子步驟ΑΓ:將介質窗片14放置于圓波導13內腔，四周與 圓波導13內腔壁接觸，將圓波導13放入高溫針焊爐，將介質窗片14焊接至圓波導（13)內腔； 子步驟A2'：將第一防護環17和第二防護環18放置于圓波導13內腔并緊貼介質窗片14,四周 與圓波導13內腔壁接觸，將圓波導13放入高溫針焊爐，將第一防護環17和第二防護環18焊 接至圓波導13內腔。
[0021] 優選地，步驟B具體包括:將第一金屬膜片15和第二金屬膜片16分別放置于矩形輸 入波導11和矩形輸出波導12,四周與矩形輸入波導11和矩形輸出波導12的內腔壁接觸，將 矩形輸入波導11和矩形輸出波導12放入高溫針焊爐，將第一金屬膜片15和第二金屬膜片16 焊接至矩形輸入波導11和矩形輸出波導12。
[0022] 優選地，步驟C具體包括:將矩形輸入波導11和矩形輸出波導12分別放置于圓波導 13兩端，并放入高溫針焊爐，將矩形輸入波導11和矩形輸出波導12焊接至圓波導13,制成微 波輸出窗。
[002；3] (Ξ巧益效果
[0024]從上述技術方案可W看出，本發明的微波輸出窗及其制造方法具有W下有益效 果：
[0025] (1)介質窗片內的微波為行波狀態，介質窗片內的場強可顯著降低，避免了介質窗 片被高頻擊穿損壞，進而獲得較普通盒型窗更高的功率容量；
[0026] (2)防護環增大了介質窗片與圓波導焊接處的表面積，進一步減小了焊接處的場 強，避免了介質窗片被高頻擊穿損壞；
[0027] (3)介質窗片厚度小，介質損耗小，降低了介質窗片損耗功率；
[0028] (4)防護環的存在降低了介質窗片的封接難度，提高了介質窗片與圓波導的焊接 可靠性。
【附圖說明】
[0029] 圖1為現有技術的微波輸出窗的結構圖；
[0030] 圖2為本發明實施例的微波輸出窗的Ξ維外觀圖；
[0031 ]圖3為本發明實施例的微波輸出窗的Ξ維半剖視圖；
[0032] 圖4為本發明實施例的微波輸出窗的二維剖視圖；
[0033] 圖5為本發明實施例的微波輸出窗的制造方法流程圖。
[0034] 【符號說明】
[0035] 11-矩形輸入波導；12-矩形輸出波導；13-圓波導；14-介質窗片；15-第一金屬膜 片；16-第二金屬膜片；17-第一防護環；18-第二防護環。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0037] 作為大功率微波電子系統的關鍵部件，微波輸出窗將高頻功率傳送出去的同時， 還使器件內部保持良好的氣密性。普遍使用的盒型輸出