一种带有短路活塞的微波模式转换器的制作方法

1.本实用新型属于金刚石加工技术领域，具体涉及一种带有短路活塞的微波模式转换器。


背景技术：

2.微波等离子体化学气相沉积(mpcvd)合成金刚石具有微波放电区域集中且不发散的优点，避免了电极放电和腔体壁对外延金刚石单晶的污染。mpcvd合成金刚石的技术成功解决了污染、以及金刚石生长尺寸等问题。因此，mpcvd法是目前研究者们使用最多的合成高品质金刚石的方法。
3.较高的微波功率能够增大等离子体密度，使工艺气体的解离率更高，同时扩大等离子球的覆盖面积，使得金刚石生长速率提升，单炉生长金刚石粒数增加。而微波源传输到等离子体腔的能量最大化，不仅需要高功率的微波源，微波模式转化器也至关重要。mpcvd设备中微波模式转换器是将从磁控管输出的微波由矩形波导传输的te模式转换成同轴线传输的tm模。若模式转化器设计不合理，波导将会发热造成微波大量损失。
4.因此，本实用新型提供了一种带有短路活塞的微波模式转换器，解决现有大功率微波模式转换过程中能量损失较大的技术问题，采用了一种能量转换效率高、结构精密的结构，能够合理调节整个微波系统的阻抗匹配，使能量转换效率最大化。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种带有短路活塞的微波模式转换器，解决现有大功率微波模式转换过程中能量损失较大的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种带有短路活塞的微波模式转换器包括从微波头相连用于微波传输的矩形波导管，设于矩形波导管上端的模式转换器盖，设于矩形波导管下端的同轴线外导体，以及由外界依次穿过模式转换器盖、矩形波导管和同轴线外导体的同轴线内导体；矩形波导管内设有用于调节阻抗匹配的短路活塞，短路活塞包括滑动设于矩形波导管腔内的短路活塞滑块、与短路活塞滑块相连的丝杠、以及与丝杠相连驱动丝杠转动的驱动装置。
8.进一步地，短路活塞滑块上套装有与矩形波导管内壁相贴合的斜圈弹簧，短路活塞滑块上开设有与斜圈弹簧相适配的弹簧环槽，斜圈弹簧嵌装于弹簧环槽内，弹簧环槽为倒凹字型槽体。
9.进一步地，短路活塞滑块端面设有限位卡环，限位卡环与丝杠固定连接。
10.进一步地，丝杠上螺纹套装有丝杠螺母，丝杠螺母固定于矩形波导管内端面。
11.进一步地，驱动装置设于矩形波导管外，驱动装置为电动驱动的正反转电机或手动驱动的手轮。
12.进一步地，模式转换器盖顶面开设有凹槽，凹槽设有与矩形波导管相连通并用于同轴线内导体穿设的孔，同轴线内导体上套装有柔性导电屏蔽环，柔性导电屏蔽环位于凹
槽内，同轴线内导体上设有用于加固挤压柔性导电屏蔽环的加固螺母。
13.进一步地，同轴线内导体包括工艺气体管以及套装于工艺气体管道外的水冷天线管。
14.进一步地，水冷天线管包括同轴设于工艺气体管外的天线回水管和同轴设于天线回水管外的天线进水管。
15.进一步地，模式转换器盖内径与同轴线外导体内径相一致。
16.进一步地，矩形波导管上均布设有若干个散热孔。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型结构简单、设计科学合理、使用方便，解决了现有大功率微波模式转换过程中能量损失较大的技术问题，采用了一种能量转换效率高、结构精密的结构，能够合理调节整个微波系统的阻抗匹配，使能量转换效率最大化。
19.本实用新型包括矩形波导管、模式转换器盖、同轴线外导体和同轴线内导体，微波头产生的微波由矩形波导传输的te模式转换成同轴线传输的tm模式。矩形波导管内设有短路活塞，短路活塞包括短路活塞滑块、丝杠和驱动装置，由驱动装置驱动丝杠并带动短路活塞滑块在矩形波导管内来回移动，从而调节在不同功率和气压下的阻抗匹配，以便微波能量尽可能的馈入谐振腔，减少微波损耗。
20.本实用新型短路活塞滑块上套装有斜圈弹簧，斜圈弹簧通过倒凹字型的弹簧环槽嵌装于短路活塞滑块上，斜圈弹簧可与矩形波导管内壁形成良好的金属接触，从而形成短路面。短路活塞滑块移动所形成的短路面与同轴线外导体和同轴线内导体作用，用于协同反射矩形波导管腔内的微波，将te模式微波转换成tm模式微波。
附图说明
21.图1为本实用新型剖面图。
22.图2为本实用新型侧视图。
23.图3为本实用新型短路活塞结构图。
24.图4为本实用新型短路活塞滑块结构图。
25.图5为本实用新型短路活塞滑块剖面图。
26.图6为本实用新型同轴线内导体剖面图。
27.其中，附图标记对应的名称为：
28.1-矩形波导管，2-模式转换器盖，3-同轴线外导体，4-同轴线内导体，5-短路活塞，51-短路活塞滑块，52-丝杠，53-驱动装置，54-斜圈弹簧，55-弹簧环槽，56-限位卡环，57-丝杠螺母，6-柔性导电屏蔽环，7-加固螺母，41-工艺气体管，42-水冷天线管，421-天线回水管，422-天线进水管，11-散热孔。
具体实施方式
29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.如图1-6所示，本实用新型提供的一种带有短路活塞的微波模式转换器，结构简单、设计科学合理、使用方便，解决了现有大功率微波模式转换过程中能量损失较大的技术问题，采用了一种能量转换效率高、结构精密的结构，能够合理调节整个微波系统的阻抗匹配，使能量转换效率最大化。
33.本实用新型包括从微波头相连用于微波传输的矩形波导管1，设于矩形波导管1上端的模式转换器盖2，设于矩形波导管1下端的同轴线外导体3，以及由外界依次穿过模式转换器盖2、矩形波导管1和同轴线外导体3的同轴线内导体4；矩形波导管1内设有用于调节阻抗匹配的短路活塞5，短路活塞5包括滑动设于矩形波导管1腔内的短路活塞滑块51、与短路活塞滑块51相连的丝杠52、以及与丝杠52相连驱动丝杠52转动的驱动装置53。微波头产生的微波由矩形波导传输的te模式转换成同轴线传输的tm模式。
34.本实用新型矩形波导管1内设有短路活塞5，由驱动装置53驱动丝杠52并带动短路活塞滑块51在矩形波导管1内来回移动，从而调节在不同功率和气压下的阻抗匹配，以便微波能量尽可能的馈入谐振腔，减少微波损耗。短路活塞滑块51上套装有与矩形波导管1内壁相贴合的斜圈弹簧54，短路活塞滑块51上开设有与斜圈弹簧54相适配的弹簧环槽55，斜圈弹簧54嵌装于弹簧环槽55内，弹簧环槽55为倒凹字型槽体。所述具有弹性的斜圈弹簧54与矩形波导管1内壁形成良好的金属接触，从而形成短路面。短路活塞滑块51移动所形成的短路面与同轴线外导体3和同轴线内导体4作用，用于协同反射矩形波导管1腔内的微波，将te模式微波转换成tm模式微波。
35.本实用新型短路活塞滑块51端面设有限位卡环56，限位卡环56与丝杠52固定连接，所述限位卡环56能够很好的让丝杆52的转动并带动短路活塞滑块51左右移动。丝杠52上螺纹套装有丝杠螺母57，丝杠螺母57固定于矩形波导管1内端面，丝杠螺母57可对丝杠52起支撑加固作用。调节短路活塞5短路面的驱动装置53设于矩形波导管1外，驱动装置53为电动驱动的正反转电机或手动驱动的手轮，正反转电机的自动正反转动可精准调节短路活塞滑块51的左右移动，而手轮则通过人工转动，更具有操作灵活性，驱动装置53随丝杠52同步移动。
36.本实用新型模式转换器盖2顶面开设有凹槽，凹槽设有与矩形波导管1相连通并用于同轴线内导体4穿设的孔，同轴线内导体4上套装有柔性导电屏蔽环6，柔性导电屏蔽环6位于凹槽内，同轴线内导体4上设有加固螺母7。由于同轴线内导体4与模式转换器盖2之间不可避免会存在一定的空隙，在二者连接空隙处加装柔性导电屏蔽环6，并通过加固螺母7
用于挤压柔性导电屏蔽环6变形，使之填充至间隙，避免装配间隙造成微波电弧放电烧蚀工件而降低设备使用寿命。
37.本实用新型同轴线内导体4包括工艺气体管41以及套装于工艺气体管道41外的水冷天线管42。其中工艺气体管41用于将外界的工艺气体通入谐振腔内，并在微波作用的激发下产生等离子体用于金刚石的生长。而水冷天线管42则通过水冷作用降低谐振腔内微波激发所产生的高温，为金刚石生长提供温度的环境。水冷天线管42包括同轴设于工艺气体管41外的天线回水管421和同轴设于天线回水管421外的天线进水管422，外部天线进水管422的冷水可直接与外界的热量进行热交换，而中部天线回水管421则将热交换后的热水排出，上述天线进水管422的进水和天线回水管421的出水同时进行，使整个水冷处于持续循环中。矩形波导管1上均布设有若干个散热孔11，可将矩形波导管1内的热量及时排出，避免高温对微波传输及转换的影响。
38.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。