[发明专利]一种提高高功率微波传输器件击穿阈值的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高功率微波技术领域，具体涉及一种提高高功率微波传输器件击穿阈值的方法。

背景技术

高功率微波(HPM)在科研、民用和国防领域具有非常广阔的应用前景。HPM产生、传输及发射系统的强电磁场击穿，严重限制了系统的功率容量，已成为HPM技术进步的瓶颈和国际性的技术挑战。特别的，HPM传输系统中的击穿是HPM辐射功率的瓶颈。其中传输系统器件壁由于电子诱导逸出的气体造成器件内气压升高，微波系统真空度降低，使等离子体密度雪崩增长是造成击穿很重要的原因，详见，常超，高功率微波系统中的击穿物理，科学出版社，2016。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高高功率微波传输器件击穿阈值的装置。

本发明采用在波导内表面镀吸气剂膜的方法，以提高微波传输击穿阈值，其原理是：吸气剂膜可以在真空状态下吸收微波系统内部被诱导逸出的气体，防止微波系统的内部真空度降低，避免等离子体密度雪崩增长造成击穿，提高微波传输击穿阈值。

但是由于吸气剂膜暴露在大气中就会发生钝化现象而失效，再用之前需要重新加热激活，而吸气剂膜的激活次数是有限的，多次激活会使吸气剂膜永久失效，激活也会减弱吸气剂膜的吸气能力。现有的给波导内表面镀膜的方法，在每次微波系统工作时都需要先对波导进行激活，非常耗时成本较高。更重要的是多次激活会减弱吸气剂膜的吸气能力，导致传输击穿阈值降低。

本发明的技术解决方案是提供一种提高高功率微波传输器件击穿阈值的装置，包括圆波导，其特殊之处在于：上述圆波导内表面镀纳米多孔复合材料镀膜，上述纳米多孔复合材料为Ti_aZr_bV_cHf_d，其中a、b、c、d代表各组分的摩尔量，上述圆波导的两端设置有活动闸板式真空截止阀，上述活动闸板式真空截止阀包括闸板及阀座，上述闸板的长度大于两倍波导管的直径，闸板的宽度大于(略大于)圆波导的直径，闸板上部或下部设有与圆波导直径相同的开孔，上述阀座上开有与圆波导直径相同的通孔，上述阀座上设置有闸板槽，上述闸板插入闸板槽保持圆波导内部真空。上述闸板与阀座之间设置有密封装置。活动闸板式真空截止阀使用活动式真空密封技术可以保持圆波导内部的真空状态，避免了波导表面的纳米多孔合金材料暴露大气导致的钝化，避免了纳米多孔合金材料钝化的反复激活问题，延长波导表面的纳米多孔复合材料在高击穿阈值下的使用寿命。

当上述a:b:c:d＝1:1:1:1，吸附气体能力更强。

为了能够在闸板关闭条件下圆波导内部长期保持真空度，上述密封装置包括分别设置在闸板两侧面与阀座之间两个同心密封圈槽、设置在密封圈槽内的硅胶密封圈、填充在两个同心密封圈槽之间的多层真空硅脂密封圈。

上述圆波导还包括设置在镀膜(纳米多孔复合材料)内侧的薄金属壁，上述薄金属壁上设置有多个孔。

优选的，上述真空硅脂密封圈为3层，可以有效阻挡分子渗透。

为了便于闸板的提拉，上述活动闸板式真空截止阀上端还包括手柄。

为了保证闸板与圆波导的同心度，上述闸板槽两侧还设置有定位销，同时可以减小闸板与其他零部件之间的摩擦及保证闸板在内外密封圈理想的悬浮状态。

优选的，上述闸板的材料为不锈钢，闸板的厚度为2mm。

优选的，为了减小闸板运动过程中的摩擦力，上述闸板的光洁度为1.6。

本发明还提供一种提高高功率微波传输器件击穿阈值的方法，包括以下步骤：

1)通过磁控溅射的方法在波导内表面生长沉积晶粒尺寸在百纳米量级的多孔合金材料薄膜；所述多孔合金材料为Ti_aZr_bV_cHf_d；

2)将多孔合金材料薄膜在真空背景下烘烤激活、重复频率老练；

3)在波导两端安装活动闸板阀，所述活动闸板阀在推拉的时候使用动密封技术；

4)将该波导用于高功率微波实验，在微波系统工作时，将微波源抽真空至10^-2Pa，连接微波源与圆波导，打开闸板阀，使圆波导与抽真空的微波源联通，整体保持高真空度；在微波系统不工作时，关闭闸板阀使圆波导继续处于真空状态，微波源会充气处于大气状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明装置能够在实验中保持微波系统内部的高真空度，提高击穿的阈值；