專利名稱：一種簡易微波窗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及高功率微波技術(shù)。
背景技術(shù)：
微波窗是微波電真空器件的重要組成部分，在一些需要抽真空或充特殊低壓氣體的微波元件上也需要用到微波窗，其作用在于在保證元器件內(nèi)部真空或低壓氣體狀態(tài)不被外部大氣破壞的同時，可以讓微波順利通過。顯然，對微波窗的基本要求是氣密性好、微波損耗低，駐波系數(shù)小。在傳統(tǒng)微波管中的微波窗，都采用陶瓷、寶石等微波低損耗介質(zhì)材料作窗片，與窗體金屬結(jié)構(gòu)材料直接釬焊的方式來制造，其密封性很高，可以保持管內(nèi)10-5～10-7Pa的真空度，駐波系數(shù)小，一般在1.2左右，甚至更小。
高功率微波源及其微波系統(tǒng)一起一般都與動態(tài)真空系統(tǒng)相連，即微波管不再封離，而是在整個工作過程中連同系統(tǒng)一起由真空泵不斷抽氣。由于高功率微波系統(tǒng)相當(dāng)龐大，因此能達(dá)到的真空度往往只有10-3～10-4Pa數(shù)量級，在這種情況下，它的微波窗不再需要象傳統(tǒng)微波管一樣作為管體一部分與金屬構(gòu)件焊接，而可以采用真空橡皮圈密封，作為窗片的低損耗介質(zhì)片也不再使用不能承受壓緊橡皮圈時的壓力的陶瓷等材料，而采用聚乙烯、聚四氟乙烯等不易破碎的材料。
如果要求將微波窗直接放置在高功率微波波導(dǎo)系統(tǒng)中，由于必須要將介質(zhì)窗片與橡皮圈壓緊，以獲得氣密效果，而橡皮圈總是放置于波導(dǎo)法蘭上專門加工的槽中的，因此介質(zhì)窗片尺寸必須比波導(dǎo)內(nèi)截面大。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，這時將引起嚴(yán)重的不匹配，致使微波不能順利通過該微波窗。比如，當(dāng)使用BJ-32波導(dǎo)時，其內(nèi)截面尺寸為72.14mm×34.04mm，窗片采用3mm厚的聚四氟乙烯板，為了壓緊直徑為5毫米的橡皮圈，窗片每邊比波導(dǎo)內(nèi)截面擴大14mm左右，其尺寸為100mm×61.5mm，在2.5～3.2GHz頻率范圍內(nèi)，模擬計算得到的駐波系數(shù)絕大部分在2以上。
為了降低微波窗的駐波，應(yīng)該減小窗片尺寸，模擬計算表明，對于上面的例子來說，即使當(dāng)介質(zhì)窗片尺寸減小到與波導(dǎo)內(nèi)截面尺寸相同，盡管這時介質(zhì)窗片已經(jīng)完全不再能壓住橡皮圈，也就是不再具有密封作用，但在2.5～3.2GHz頻率范圍內(nèi)的駐波系數(shù)仍在1.35～1.4之間。只有當(dāng)介質(zhì)窗片尺寸達(dá)到60mm×31.5mm，即比波導(dǎo)內(nèi)截面尺寸還要小時，駐波系數(shù)才可能降到1.2以下，顯然這樣的尺寸是完全不能采用的。
由于橡皮圈本身也是一種介質(zhì)材料，橡皮圈的存在實際上等效增加了介質(zhì)窗片的尺寸，導(dǎo)致微波窗的駐波系數(shù)增大，克服密封橡皮圈的影響，可以采用兩個途徑，途徑之一是減少介質(zhì)窗片本身的尺寸來抵消橡皮圈的等效影響，但正如上面的計算實例所表明的，這將導(dǎo)致介質(zhì)窗片尺寸過小，根本無法壓緊橡皮圈起到密封作用；另一途徑是屏蔽密封圈的影響，而不必減小介質(zhì)窗片的尺寸，本發(fā)明正是基于這一思路提出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種簡易的微波輸出窗，它采用在密封橡皮圈所在位置敷有金屬薄層的介質(zhì)片作為窗片，有效地屏蔽了橡皮圈的影響，從而顯著降低了微波窗的駐波系數(shù)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的如圖1所示，本發(fā)明包括波導(dǎo)普通法蘭1，波導(dǎo)管2，開有放置密封橡皮圈4的槽的窗法蘭3，真空密封橡皮圈4，法蘭緊固螺釘5，壓緊介質(zhì)窗片和橡皮圈的平板窗法蘭6，介質(zhì)窗片7和窗片上所敷的金屬薄層8。
將法蘭1、3、6與兩段波導(dǎo)管2分別焊接構(gòu)成兩段直波導(dǎo)；敷金屬薄層的介質(zhì)片上與波導(dǎo)內(nèi)截面尺寸相對應(yīng)位置上的金屬薄層已事先腐蝕掉，僅保留伸入法蘭3和6壓緊部分相對應(yīng)范圍的金屬薄層8；然后將真空密封橡皮圈4、已腐蝕好的介質(zhì)窗片7依次放在法蘭3上，將帶有法蘭6的直波導(dǎo)管壓上并用緊固螺釘5壓緊即構(gòu)成本發(fā)明的簡易微波窗。
由于當(dāng)通過緊固螺釘5壓緊窗法蘭3和6時，敷有金屬薄層的介質(zhì)窗片7面向橡皮圈4一面上的金屬薄層8與窗法蘭3將緊密電接觸，從而屏蔽了橡皮圈4對電磁場的影響，這時橡皮圈4仍然起著真空密封的作用，但對電磁場來說它的影響已不再存在，即不再等效增加介質(zhì)窗片的尺寸。
介質(zhì)窗片可以是單面敷金屬薄層的，也可以是雙面敷金屬薄層的。由圖1可以看出，實際起到屏蔽橡皮圈4作用的只有窗片7上面向橡皮圈4一面的金屬薄層8，窗片背向橡皮圈一面的金屬薄層是不起任何作用的，因而可有可無。金屬薄層必須與介質(zhì)片結(jié)合牢靠，結(jié)合界面本身不能漏氣。
在介質(zhì)窗片上的金屬薄層8應(yīng)該由導(dǎo)電性能良好的金屬形成，一般采用銅。要保證金屬薄層8與介質(zhì)片之間的結(jié)合牢靠，并達(dá)到氣密要求。
介質(zhì)窗片的材料應(yīng)選擇低損耗、強度好的介質(zhì)材料，介質(zhì)窗片的厚度以能承受大氣壓力為主要因素來考慮，為了減少微波損耗和泄漏，在滿足強度要求前提下，應(yīng)盡可能薄一點。窗片上的金屬薄層一般僅幾絲到幾十絲厚。
為了進(jìn)一步減少微波通過窗片向外泄漏的可能，窗法蘭3可以伸出一個金屬邊以蓋住另一側(cè)的窗法蘭6，形成一圈金屬封閉圈以屏蔽由于窗片引起的兩個窗法蘭3和6之間的縫隙，任何其它可以屏蔽法蘭間縫隙的方法也同樣可以起到防止微波泄漏的作用。
這種簡易微波窗成本低、簡單易行、損耗小、駐波系數(shù)小。


圖1是簡易微波窗的剖視圖其中1.波導(dǎo)普通法蘭，2.波導(dǎo)管，3.開有放置密封橡皮圈的槽的窗法蘭，4.真空橡皮圈，5.緊固螺釘，6.平板窗法蘭，7.介質(zhì)窗片，8.窗片上保留的金屬薄層具體實施方式
如圖1所示兩段波導(dǎo)管2的一端各焊有一個與微波系統(tǒng)連接用的法蘭1，另一端則分別焊有窗法蘭3和6，在窗法蘭3上開有放置橡皮圈4的槽，聚四氟乙烯的窗片7是單面敷銅的，窗片上與波導(dǎo)內(nèi)截面尺寸相對應(yīng)的部分，事先已將敷銅層腐蝕掉，只保留窗片伸入窗法蘭部分的敷銅層8。當(dāng)用緊固螺釘5將窗法蘭3和6壓緊時，將迫使橡皮圈4變形，使其與窗片7之間達(dá)到氣密接觸，同時窗片7上的敷銅層8與窗法蘭3達(dá)到電接觸，從而屏蔽了橡皮圈對電磁場的影響。
由BJ-32波導(dǎo)(內(nèi)截面尺寸為72.14mm×34.04mm)做成的這樣一個微波窗，采用厚度為3mm的微帶電路用的聚四氟乙烯單面敷銅板作窗片，尺寸為100mm×61.5mm，密封橡皮圈為Φ5的O型真空橡皮圈。實際測試結(jié)果表明，其駐波系數(shù)在2.5～3.2GHz頻帶內(nèi)均小于1.23，絕大部分小于1.2。而若用不敷銅同樣尺寸的聚四氟乙烯窗片代替敷銅窗片，則實際測試結(jié)果在2.6～3.2GHz頻帶范圍內(nèi)駐波系數(shù)均大于2，在2.5～2.6GHz頻帶內(nèi)也在1.6～2.2之間。
權(quán)利要求
1.一種簡易微波窗，其特征在于它由壓在兩個窗法蘭(3)和(6)之間的敷金屬薄層(8)的微波低損耗介質(zhì)窗片(7)構(gòu)成，并利用真空橡皮圈(4)進(jìn)行真空密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡易微波窗，其特征是介質(zhì)窗片(7)上與波導(dǎo)(2)內(nèi)截面相對應(yīng)部分所敷的金屬薄層已事先腐蝕掉，只保留深入窗法蘭(3)和(6)之間的窗片部分上的金屬薄層(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡易微波窗，其特征是介質(zhì)窗片(7)被窗法蘭(3)和(6)壓緊的部分是單面敷上導(dǎo)電性能良好的金屬薄層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡易微波窗，其特征是介質(zhì)窗片(7)被窗法蘭(3)和(6)壓緊的部分是雙面敷上導(dǎo)電性能良好的金屬薄層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡易微波窗，其特征在于所述金屬薄層(8)所用的金屬為銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種簡易輸出窗，它在用真空橡皮圈密封的微波窗中采用敷金屬薄層的介質(zhì)片來代替一般不敷金屬薄層的介質(zhì)片作為窗片，敷金屬薄層介質(zhì)窗片與橡皮圈壓緊時仍然起真空密封作用，而所敷金屬薄層與在槽中放置有橡皮圈的窗法蘭的緊密電接觸，又起到了屏蔽橡皮圈對電磁場影響的作用。介質(zhì)窗片對應(yīng)波導(dǎo)內(nèi)截面部分所敷金屬薄層事先腐蝕掉以保證微波可以通過。該發(fā)明克服了不敷金屬薄層的介質(zhì)片作窗片時，由于橡皮圈的存在等效增大了介質(zhì)窗片的尺寸，使駐波系數(shù)增加，而為了減少駐波系數(shù)必須減小窗片尺寸，這又將導(dǎo)致無法壓緊橡皮圈的困難，同時具有簡單易行、成本低、損耗小、駐波系數(shù)小等優(yōu)點。
文檔編號H01J23/36GK1812185SQ20051002024
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
發(fā)明者王文祥, 魏彥玉, 宮玉彬, 黃民智 申請人:電子科技大學(xué)