[发明专利]一种高功率径向线密封窗

说明书

技术领域

 本发明涉及一种高功率微波技术领域的密封窗，具体地说，是涉及一种高功率径向线密封窗。

背景技术

随着高功率微波技术的发展，人们对高功率微波系统的使用提出了越来越高的要求。由于高功率径向线阵列天线易于实现天线的高增益、高效率、高功率和圆极化辐射等，在高功率应用方面得到了广泛的研究。之前所研究的高功率径向线阵列天线没有密封窗，为了实现高功率容量需要对阵列天线内部进行抽真空处理，并保证其真空度满足要求以防止空气击穿影响性能。然而，由于阵列天线内部空间较大，密封环节和位置较多，整体抽真空的难度大且可靠性低。为了进一步改进和优化高功率径向线阵列天线的拓扑结构，现今提出了一种方式：在径向线内加入密封窗，并在密封窗位置进行真空密封，这样就可以只需对同轴波导到密封窗之间区域进行抽真空处理，在径向线内其他区域可通过充入惰性气体来满足阵列天线的功率容量需求。因此，径向线密封窗性能好坏将直接影响天线的性能。

密封窗在微波器件中应用广泛，其形式有很多种。早在1955年美国人H.K JENNY和F.E.VACCAPO提出阶梯型输出窗片结构[HK Jenny. A Step-Type， Broadband， X-Band Ceramic Waveguide Window[J]. IEEE Transactions on electron devices， 1956]，在介质两边延伸出两个阶梯，梯的长度和中间窗片的厚度都是其所在波导部分波导波长的四分之一，与窗片两边的矩形波导实现阻抗匹配，而此种输出窗直接嵌在矩形波导中。利顿公司开发的立顿窗解决了带宽与增益的矛盾，但只适用于介电常数较小的情况，而布鲁斯窗解决了输出波导一般是圆波导或者椭圆波导在宽带中的匹配应用，窗片厚度一般取半波长的整数倍。2001年博士George Stephenson Haldeman发表MIT论文，采用双层圆弧状的输出窗结构[George Stephenson Haldeman. A Novel vacuum Window for Megawatt Gyrotrons [D]. US： MIT,， 2001]，中间通以冷却剂，大大提高了其机械承受能力和散热能力，输出功率可达到2.1兆瓦，该窗体可用于矩形波导中。2003年X. Yang等人采用CVD金刚石作窗材料，获得了在中心频率左右500MHz带宽内，反射低于-20dB的输出窗[X Yang, et al. Analysis of Transmission Characteristics for Single and Double Disk Window. 2002 27th International Conference on Infrared and Millimeter Waves， 2002]，但由于窗体材料的加工过程容易给窗体带来缺陷，如金刚石加工和封装过程中有可能会带来的额外自由电荷，由此带来的窗体附加损耗占总损耗的20%-30%，因此在加工过程中必须保证高功率微波输出窗体材料质量。2010年美国Clifton C. Courtney发明了一种适合用于矩形波导且工作在基模状态下的输出窗[Clifton C. Courtney. High peak and average power-capable microwave window for rectangular waveguide[P]. US Patent 2010]，该结构将窗体材料用金属片分为多层，金属片垂直于电场方向，而止于波导的窄边，由于这样的结构设计能有效抑制二次电子倍增，提高高功率微波输出窗的输出功率，同时由于金属片具有良好的导电能力，能及时消除介质上的附加电荷，降低附加损耗。北京真空电子技术研究所从理论与仿真计算方面对一种新型的波导输出窗—椭圆波导输出窗进行可行性分析[赵长江，王严梅. 椭圆波导输出窗的仿真研究. 真空电子技术，2010]，结果显示在18-40GHz频率范围内驻波系数在1.4以下，验证椭圆波导窗作为螺旋线行波管输出窗的可行性。

上述研究结果表明，目前广泛应用使用的密封窗主要有盒型窗、矩形窗、阶梯窗和满足特殊需要的其他形状的窗等，主要应用于矩形波导、同轴波导、圆波导等的密封，而对于应用于径向线的微波密封窗还未见报道。

在这一背景下，本发明提出了一种高功率径向线密封窗，用以适应行业发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率径向线密封窗，主要解决现有技术中存在的缺少一种成熟的针对径向线的密封窗，不能满足技术发展需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：