微波传输盒型窗的制作方法

本实用新型涉及等离子体加热技术领域，具体涉及一种微波传输盒型窗。

背景技术：

在微波传输过程中，为了保证等离子体所在腔体的真空度，需要在微波传输线与等离子体所在腔体中间连接一个微波密封窗。通过设置微波密封窗一方面保证微波顺利传输至真空腔体，另一方面能够保证腔体的真空度，从而实现微波加热腔体内的等离子体在真空状态下与微波耦合。盒型窗作为微波密封窗的一种，因其宽带较宽，功率容量大，加工工艺成熟，在微波传输及密封领域得到了广泛的应用。

现有微波传输系统中的盒型窗的窗体的两端分别与真空侧和非真空侧的连接件密封连接，确保微波在真空中传播。盒型窗内含一片介质窗片，介质窗片本身在微波能量流过时有损耗，而且介质窗片在真空一侧的内表面容易吸附游离碳元素，后者在高平均功率微波作用下损耗较大并产生热量。导致介质窗片的温度升高，热应力增大，有时表现为介质窗片与金属的密封处漏气，更多情况下表现为介质窗片沿微波场强最强方向炸裂。

由此可见，现有技术的盒型窗还存在微波传输过程中介质窗片的温度升高导致微波传输系统无法正常使用的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微波传输盒型窗。

上述微波传输盒型窗包括矩形输入波导、矩形输出波导、圆形波导和介质窗片，圆形波导设置在矩形输入波导和矩形输出波导之间，介质窗片沿着圆形波导的径向方向设置在圆形波导的内部，圆形波导的外周与介质窗片相对应的位置设有可供冷却水流通的冷却水通道。

可选的，圆形波导的外周设有环形板，环形板的内壁上设有环形开槽，环形板与圆形波导围成冷却水通道。

可选的，环形板上设有与冷却水通道连通的冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口和冷却水出口沿着圆形波导的轴线对称设置。

可选的，圆形波导包括与矩形输入波导连接的第一圆形波导和与矩形输出波导连接的第二圆形波导，介质窗片设置在第一圆形波导和第二圆形波导之间，冷却水通道覆盖在第一圆形波导和第二圆形波导的连接处。

可选的，第一圆形波导与第二圆形波导一体成型，介质窗片固定于第一圆形波导与第二圆形波导之间。

可选的，第一圆形波导、第二圆形波导和介质窗片密封固定连接。

可选的，矩形输入波导的端部设有用于与非真空侧的连接件连接的第一密封法兰，矩形输出波导的端部设有用于与真空侧的连接件连接的第二密封法兰。

可选的，第二密封法兰的端面设有容纳槽，容纳槽内设置有密封垫片。

可选的，第二密封法兰的端面设有与真空侧的连接件的端面相匹配的卡接部或者凸起部。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请，在圆形波导的外周设有冷却水通道，微波传输过程中，通过冷却水持续为介质窗片降温，将介质窗片的温升幅度控制在一定范围内，避免出现介质窗片温度过高导致窗片破损的现象，影响微波传输系统的正常使用。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中微波传输盒型窗上设有冷却水入口的示意图；

图2是本实用新型一实施方式中微波传输盒型窗的内部的示意图；

图3是本实用新型一实施方式中卡接部设置为卡槽的示意图；

图4是本实用新型一实施方式中卡接部设置为凸块的示意图。

附图标记：

1、介质窗片；2、第一圆形波导；3、矩形输入波导；4、第一密封法兰；5、第二圆形波导；6、矩形输出波导；7、第二密封法兰；8、环形板；9、冷却水通道；10、冷却水入口；12、容纳槽；13、卡接部；14、凸起部。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1和图2所示，本申请实施例提供的微波传输盒型窗包括矩形输入波导3、矩形输出波导6、圆形波导和介质窗片1，圆形波导设置在矩形输入波导3和矩形输出波导6之间，介质窗片1沿着圆形波导的径向方向设置在圆形波导的内部，圆形波导的外周与介质窗片1相对应的位置设有可供冷却水流通的冷却水通道9。该处的相对应是指介质窗片1所在的平面穿过冷却水通道9，使得冷却水通道9覆盖在介质窗片1的外周，通过冷却水的流动带走圆形波导和介质窗片1的热量，起到降低介质窗片1温度的效果。

其中，介质窗片1的直径等于圆形波导的内径或等于圆形波导的外径，使得微波传输过程中穿过介质窗片1。圆形波导的长度以及介质窗片1的厚度值的确定须在盒型窗基本模型确定后，依据阻抗匹配原理对盒型窗进行电磁场模拟计算，获得其最优尺寸值，保证盒型窗低回波损耗和插入损耗，从而保证盒型窗良好的微波传输性能。矩形输入波导3和矩形输出波导6分别通过钎焊等焊接方式焊接在圆形波导的两侧，且矩形输入波导3和矩形输出波导6的长度值的确定以方便焊接加工为前提，同时不影响矩形输入波导3和矩形输出波导6的自由端与外界连接件的固定。

结合图1和图2所示，本申请在圆形波导的外周设有冷却水通道9，微波传输过程中，通过冷却水持续为介质窗片1降温，将介质窗片1的温升幅度控制在一定范围内，避免出现介质窗片1温度升高导致微波传输系统无法正常使用的问题。

在一些实施例中，圆形波导的外周设有环形板8，环形板8的内壁上设有环形开槽，环形板8与圆形波导围成冷却水通道9。该种设计方式，使得冷却水直接接触圆形波导和介质窗片1，增加降温效果，保证高功率微波传输过程中盒型窗的介质窗片1的稳定性。且本申请的环形板8可直接焊接在圆形波导的外周，使得环形板8和圆形波导形成一体，增加连接的牢固性。

如图1所示，冷却水通道9上连接有冷却水入口10和冷却水出口，冷却水通过冷却水入口10进入到冷却水通道9并通过冷却水出口流出，通过冷却水的流动将热量带出。进一步优化地，冷却水入口10和冷却水出口沿着圆形波导的轴线对称设置，冷却水通过冷却水入口10进入到冷却水通道9后，冷却水分流，再通过冷却水出口流出，确保冷却水覆盖在圆形波导的外周，增加降温效果。

如图2所示，圆形波导包括与矩形输入波导3连接的第一圆形波导2和与矩形输出波导6连接的第二圆形波导5，介质窗片1设置在第一圆形波导2和第二圆形波导5之间，冷却水通道9覆盖在第一圆形波导2和第二圆形波导5的连接处。该种设计方式介质窗片1的直径与圆形波导的外径相同，使得连接后的介质窗片1的外边缘与第一圆形波导2和第二圆形波导5的外周平齐，使得冷却水直接与介质窗片1的外周接触，增加冷却效果。

其中，第一圆形波导2与第二圆形波导5可一体成型，介质窗片1固定于第一圆形波导2与第二圆形波导5之间，密封效果更佳。第一圆形波导2、第二圆形波导5和介质窗片1之间也可采用密封固定连接。具体地，第一圆形波导2、第二圆形波导5和介质窗片1单独加工，并将第一圆形波导2、第二圆形波导5和介质窗片1之间采用钎焊等焊接方式密封连接成一体，焊接连接方式也可很好的保证窗口的密封性能。相对于活动连接的设置方式，采用密封固定连接的设置方式可确保微波在长距离传输过程中的密封性。该种设计方式结构较为简单，同时无需在圆形波导的外周安装其他用于实现可拆卸连接的部件，为冷却水通道9的安装提供空间。

矩形输入波导3的端部设有用于与非真空侧的连接件连接的第一密封法兰4，矩形输出波导6的端部设有用于与真空侧的连接件连接的第二密封法兰7。具体地，第一密封法兰4和第二密封法兰7的形状不受限制，可根据连接件的端面的形状进行设计，其中，可以为圆形、矩形或其他组合形状等。通过第一密封法兰4和第二密封法兰7与连接件的法兰结构进行螺栓连接，密封性好，保证了可靠的真空和电磁密封性能，同时，便于盒型窗的拆卸和更换，降低维修成本。其中，第二密封法兰7优选为真空密封法兰，且该真空密封法兰可加工为活套法兰，确保螺栓的灵活连接。

结合图3和图4所示，第二密封法兰7的端面设有容纳槽12，其中，容纳槽12可采用圆形的凹槽结构或者矩形的凹槽结构，其根据第二密封法兰7的形状进行设计，容纳槽12的中部设有与矩形输出波导6相匹配的开口，该处的相匹配是指开口的形状和尺寸与第二密封法兰7的端部的形状和尺寸相同，使得第二密封法兰7与矩形输出波导6密封连接，确保微波的输送，容纳槽12内设置有密封垫片，可通过密封垫片的弹性变形实现法兰之间的密封连接，确保部件连接的真空度。

结合图3和图4所示，第二密封法兰7的端面设有用于与真空侧的连接件的端面相匹配的卡接部13或者凸起部14。具体地，如图4所示，当连接件的端部设有卡槽时，在第二密封法兰7的端面上设置与卡槽相匹配的凸起部14，具体地，凸起部14为与卡槽匹配的凸块；如图3所示，当连接件的端部设有凸块时，在第二密封法兰7的端面设置与凸块相匹配的卡接部13，具体地，卡接部13位与凸块匹配的卡槽。该处的相匹配是指凸块能够插入到卡槽内，同时能够通过卡槽限制凸块的位置。该种设计方式增加连接的匹配性，以便安装过程中第二密封法兰7与连接件的装配，同时不影响真空区域的密封。

同理，也可在第一密封法兰4的端部设置容纳槽12以及卡接部13，使得第一密封法兰4与非真空侧的连接件的端面相匹配，增加连接的密封性。

本申请，在圆形波导的外周设有冷却水通道9，微波传输过程中，通过冷却水持续为介质窗片1降温，将介质窗片1的温升幅度控制在一定范围内，避免出现介质窗片1温度过高导致窗片破损的现象，影响微波传输系统的正常使用。其中，介质窗片1的材料可以选用氧化铝、氧化铍、氮化硼等陶瓷材料，圆形波导、矩形输入波导3、矩形输出波导6、第一密封法兰4以及第二密封法兰7均可采用不锈钢材质，以满足窗口加工完成后低磁导率的要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。