一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,屬于移相器領(lǐng)域,該移相器包括不銹鋼腔體、鋁腔體和波導(dǎo)管,波導(dǎo)管的外側(cè)壁上設(shè)有毛細(xì)管通道,所述的不銹鋼腔體通過毛細(xì)管通道與所述的鋁腔體相連,波導(dǎo)管的內(nèi)腔中設(shè)有鐵氧體,鐵氧體的二端均設(shè)有陶瓷頭,毛細(xì)管通道的外表面設(shè)有電樞線圈。本實(shí)用新型技術(shù)方案提供了一種更經(jīng)濟(jì)、耐功率水平及可靠性更高的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,此外,該移相器不需要附加額外的冷卻系統(tǒng)。
【專利說明】一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高功率鐵氧體移相器,尤其是一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率旋轉(zhuǎn)場移相器是一種微波鐵氧體器件,應(yīng)用于機(jī)載雷達(dá),在國內(nèi)尚處于研制階段,不僅是因?yàn)槠潆娪嵲O(shè)計(jì)復(fù)雜,且由于其工作的特殊性,結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)也非常困難,主要表現(xiàn)在:a)器件功率高,發(fā)熱量大,需進(jìn)行高效率液冷;b)其控制電樞耐溫< 220°C,因此電樞安裝完后,結(jié)構(gòu)不能采用高溫釬焊;c)由于饋線系統(tǒng)選用了乙二醇作為冷卻液,工作壓力達(dá)到1.5MPa,而乙二醇非絕緣介質(zhì),因此需在移相器極其有限的內(nèi)部空間設(shè)計(jì)液冷通道,將冷卻液與控制電樞進(jìn)行隔離;d)中心薄壁波導(dǎo)管作為移相器工作時(shí)唯一可進(jìn)行直接冷卻的熱量集中體,其與控制電樞接觸處壁厚僅為0.3mm。 [0003]目前常用的高功率鐵氧體器件的液冷方式有整體浸泡、高溫釬焊等方法。整體浸泡雖然有比較高的冷卻效率,但由于旋轉(zhuǎn)場移相器特殊的工作體制,其主要發(fā)熱體外緊套著一個(gè)16磁極電樞線圈,而饋線系統(tǒng)選用冷卻液是非絕緣的乙二醇,一方面不能直接采用系統(tǒng)的冷卻液進(jìn)行浸泡,另一方面單獨(dú)給移相器配備絕緣液冷系統(tǒng),應(yīng)用及維護(hù)成本又過于高昂,而如果移相器內(nèi)部采用絕緣冷卻液進(jìn)行浸泡的話,沒有可循環(huán)絕緣液冷系統(tǒng),移相器散發(fā)的熱量仍然無法通過冷卻液帶走。
[0004]高溫釬焊技術(shù)是高壓液冷腔制作的常用方案之一,但其焊接溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)場移相器中電樞線圈220°C耐受溫度。此外,也嘗試采用能量密度高、局部加熱的熔焊方法一激光焊接或真空電子束等高能束焊接。但旋轉(zhuǎn)場移相器的薄壁波導(dǎo)管和腔體壁板材料不同、厚薄懸殊又太大,即便采用高能束方法可以實(shí)現(xiàn)兩種構(gòu)件的連接,但由于焊縫的熔深太淺,僅為0.2mm,不能實(shí)現(xiàn)完全熔合均勻的連續(xù)焊縫,熔合不均勻的焊縫將在結(jié)構(gòu)日后的承載過程中形成嚴(yán)重的應(yīng)力集中,同時(shí)鋁合金的熔焊變形明顯,裂紋傾向嚴(yán)重,很難完全滿足系統(tǒng)的耐壓要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對上述技術(shù)問題提供一種更經(jīng)濟(jì)、耐功率水平及可靠性更高的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,此外,該移相器不需要附加額外的冷卻系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,該移相器包括不銹鋼腔體、鋁腔體和波導(dǎo)管,波導(dǎo)管的外壁上設(shè)有毛細(xì)管通道,所述的不銹鋼腔體通過毛細(xì)管通道與所述的鋁腔體相連,波導(dǎo)管的內(nèi)腔中設(shè)有鐵氧體,鐵氧體的二端均設(shè)有陶瓷頭,毛細(xì)管通道的外表面設(shè)有電樞線圈。
[0008]所述的毛細(xì)管通道的二端均設(shè)有圓柱,不銹鋼腔體和鋁腔體分別設(shè)有與圓柱相連接的圓柱狀凹面;所述的圓柱的內(nèi)徑與毛細(xì)管通道的內(nèi)徑大小相同且共圓心。[0009]所述的波導(dǎo)管和毛細(xì)管通道為不銹鋼材料。
[0010]所述的不銹鋼腔體與毛細(xì)管通道的連接是通過將毛細(xì)管通道一端的圓柱與不銹鋼腔體的圓柱狀凹面連接后,再通過高溫銀銅焊料焊接。
[0011]所述的鋁腔體和毛細(xì)管通道的連接是分別將毛細(xì)管通道另一端的圓柱表面和鋁腔體的圓柱狀凹面的內(nèi)表面電鍍銀層,并在鋁腔體的圓柱狀凹面的外側(cè)設(shè)置裝有焊料溝槽,將所述的毛細(xì)管通道另一端的圓柱與鋁腔體的圓柱狀凹面連接后通過銀層焊接。
[0012]所述的焊料是熔點(diǎn)為183°C的Sn63Pb37。
[0013]所述的另一端的圓柱外表面和鋁腔體的圓柱狀凹面的內(nèi)表面分別電鍍7_8μπι銀層。
[0014]所述的招腔體的圓柱狀凹面的外側(cè)設(shè)置3個(gè)寬Imm深0.5mm溝槽。
[0015]所述的波導(dǎo)管和毛細(xì)管通道為一體化結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案中,通過毛細(xì)管通道的冷卻液的循環(huán)冷卻,在低氣壓高功率條件下移相器的最大溫升為15°C,由于冷卻液的進(jìn)水溫度不大于最高環(huán)境溫度70°C,因此旋轉(zhuǎn)場移相器的最高溫度< 85°C,遠(yuǎn)小于Sn63Pb37焊料的熔點(diǎn)183°C,焊縫不會遭到破壞。
[0017]所述的低溫釬焊工藝中的加熱熱源為可控溫?cái)?shù)顯焊臺,該加熱方式可防止電樞線圈過熱漆包線漆層熔化。
[0018]由于該器件結(jié)構(gòu)選用材料、拼裝方式的特殊性和器件高電性能要求,對結(jié)構(gòu)件的中心波導(dǎo)孔的同軸度、表面粗糙度、器件結(jié)構(gòu)拼裝的對稱性、垂直度、結(jié)構(gòu)加工一致性都有非常高的要求。為實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu),我們采取了高溫、中溫、低溫三階梯遞減溫度焊接的方式來實(shí)現(xiàn),首先是鋁腔體與不銹鋼腔體各自高溫焊,然后薄壁波導(dǎo)管與不銹鋼腔體中溫焊,最后薄壁波導(dǎo)管與鋁腔體低溫焊。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果:
[0020]I)本技術(shù)方案的移相器采用了毛細(xì)管式微小液冷通道,在極其狹小空間實(shí)現(xiàn)液冷循環(huán),在熱量集中的薄壁波導(dǎo)管上設(shè)計(jì)毛細(xì)管式微小液冷通道,對其進(jìn)行直接冷卻,提升了冷卻效率。
[0021]2)焊接時(shí)在溝槽內(nèi)先預(yù)埋焊膏焊料,以實(shí)現(xiàn)焊料均勻及連續(xù)良好焊縫,并實(shí)現(xiàn)微小液冷通道通暢無阻;由于設(shè)計(jì)的毛細(xì)液冷薄壁波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)特殊,一方面要實(shí)現(xiàn)焊縫的密封性能,同時(shí)需要防止焊料流入毛細(xì)管堵塞液冷通道,因此將鋁腔體與毛細(xì)液冷薄壁波導(dǎo)管焊接面的不同位置設(shè)置3個(gè)寬Imm深0.5mm的溝槽,焊接時(shí)采用熔點(diǎn)為183°C的Sn63Pb37低溫軟釬焊膏,通過在溝槽內(nèi)預(yù)埋并控制好焊膏焊料,以實(shí)現(xiàn)焊料均勻及連續(xù)良好焊縫,并實(shí)現(xiàn)微小液冷通道通暢無阻。最終實(shí)現(xiàn)微小液冷循環(huán)焊接時(shí)既不堵也不漏。
[0022]3)采用183°C的低溫軟釬焊的工藝方法實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)場移相器的薄壁波導(dǎo)管與鋁腔體兩種懸殊差異結(jié)構(gòu)件的精密連接,焊縫焊料均勻飽滿,結(jié)合面積大,無熔焊裂紋缺陷保證了焊縫的耐壓及密封性能。取代原有浸泡式旋轉(zhuǎn)場移相器,其應(yīng)用成本大大降低,可靠性也有進(jìn)一步提高,在機(jī)載條件下進(jìn)行了壓力試驗(yàn),充入1.5MPa相對氣壓焊縫無形變無泄漏。經(jīng)2011年10月實(shí)際裝機(jī)應(yīng)用至今,效果良好。徹底解決了機(jī)載雷達(dá)用旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器高成本、耐功率熱設(shè)計(jì)空間局限的問題。
[0023]4)以往該類旋轉(zhuǎn)場移相器腔體及波導(dǎo),出于易加工、重量輕及經(jīng)濟(jì)性方面考慮,都會采用鋁合金,但由于該段波導(dǎo)需嵌入在電樞線圈中工作,增加的冷卻液通道改善了薄壁波導(dǎo)管的導(dǎo)電性,改變了電樞線圈的磁場,形成渦流,使得移相器的開關(guān)時(shí)間變長,無法滿足移相器使用要求,為降低移相器的開關(guān)時(shí)間,就必須降低該段波導(dǎo)的導(dǎo)電性,在經(jīng)歷了多次反復(fù)試驗(yàn)論證后,選用導(dǎo)電性較差的不銹鋼材料加工的薄壁波導(dǎo)管及毛細(xì)管路既能滿足冷卻及加工要求,又能降低移相器的開關(guān)時(shí)間,具有較好的綜合性能。
[0024]5)為了實(shí)現(xiàn)不銹鋼薄壁波導(dǎo)管與鋁腔體兩種完全不同材質(zhì)間的可焊性,將薄壁波導(dǎo)管和鋁腔體表面進(jìn)行鍍銀處理,通過7-8 μ m可焊性銀鍍層,實(shí)現(xiàn)不銹鋼與鋁件低溫錫鉛焊接。其中的難點(diǎn)是,由于不銹鋼腔體本身就是通過銀銅焊料焊接,如果對其進(jìn)行常規(guī)鍍銀的話,焊料在鍍銀過程中被電鍍液腐蝕,使得焊縫被破壞,無法達(dá)到使用要求。我們對鍍銀工藝進(jìn)行改進(jìn),通過改變相關(guān)參數(shù)值,實(shí)現(xiàn)了在不銹鋼焊接件的鍍銀,并最終實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)場移相器的毛細(xì)液冷薄壁波導(dǎo)管與鋁腔體兩種懸殊差異結(jié)構(gòu)件的精密連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器剖面圖。
[0026]1-不銹鋼腔體,2-鋁腔體,4-毛細(xì)管通道,6-鐵氧體7-陶瓷頭,8-電樞線圈,9-錫鉛焊縫。
[0027]圖2為波導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0028]3-波導(dǎo)管,5-圓柱。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明,但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此:
[0030]一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,該移相器包括不銹鋼腔體(I)、鋁腔體(2)和不銹鋼波導(dǎo)管(3),不銹鋼波導(dǎo)管(3)的外壁上設(shè)有不銹鋼毛細(xì)管通道(4),所述的不銹鋼波導(dǎo)管(3)和不銹鋼毛細(xì)管通道(4)為一體化結(jié)構(gòu)。所述的不銹鋼腔體(I)通過不銹鋼毛細(xì)管通道(4)與所述的鋁腔體(2)相連,所述的不銹鋼毛細(xì)管通道(4)的二端均設(shè)有圓柱(5),不銹鋼腔體(I)和鋁腔體(2)分別設(shè)有與圓柱(5)相連接的圓柱狀凹面;所述的圓柱(5)的內(nèi)徑與不銹鋼毛細(xì)管通道(4)的內(nèi)徑大小相同且共圓心;所述的不銹鋼腔體(I)與不銹鋼毛細(xì)管通道(4)的連接是通過將不銹鋼毛細(xì)管通道(4) 一端的圓柱(5)與不銹鋼腔體(I)的圓柱狀凹面連接后,再通過高溫銀銅焊料焊接;所述的鋁腔體(2)和不銹鋼毛細(xì)管通道
(4)的連接是分別將不銹鋼毛細(xì)管通道(4)另一端的圓柱(5)表面和鋁腔體(2)的圓柱狀凹面的內(nèi)表面電鍍7-8 μ m銀層銀層,并在鋁腔體(2)的圓柱狀凹面的外側(cè)設(shè)置3個(gè)寬Imm深0.5mm溝槽,溝槽中裝有熔點(diǎn)為183°C的Sn63Pb37,將所述的不銹鋼毛細(xì)管通道(4)另一端的圓柱(5)與鋁腔體(2)的圓柱狀凹面連接后,再采用低溫軟釬焊的工藝方法焊接,從而形成焊縫(9)。波導(dǎo)管(3)的內(nèi)腔中設(shè)有鐵氧體(6),鐵氧體(6)的二端均設(shè)有陶瓷頭(7),毛細(xì)管通道(4)的外表面設(shè)有電樞線圈(8)。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:該移相器包括不銹鋼腔體(I)、鋁腔體(2)和波導(dǎo)管(3),波導(dǎo)管(3)的外壁上設(shè)有毛細(xì)管通道(4),所述的不銹鋼腔體(I)通過毛細(xì)管通道(4)與所述的鋁腔體(2)相連,波導(dǎo)管(3)的內(nèi)腔中設(shè)有鐵氧體(6),鐵氧體(6)的二端均設(shè)有陶瓷頭(7 ),毛細(xì)管通道(4 )的外表面設(shè)有電樞線圈(8 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的毛細(xì)管通道(4)的二端均設(shè)有圓柱(5),不銹鋼腔體(I)和鋁腔體(2)分別設(shè)有與圓柱(5)相連接的圓柱狀凹面;所述的圓柱(5)的內(nèi)徑與毛細(xì)管通道(4)的內(nèi)徑大小相同且共圓心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的波導(dǎo)管(3)和毛細(xì)管通道(4)的材料為不銹鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的不銹鋼腔體(I)與毛細(xì)管通道(4)的連接是通過將毛細(xì)管通道(4) 一端的圓柱(5)與不銹鋼腔體(I)的圓柱狀凹面連接后,再通過高溫銀銅焊料焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:毛細(xì)管通道(4)另一端的圓柱(5)表面和鋁腔體(2)的圓柱狀凹面的內(nèi)表面電鍍銀層,鋁腔體(2)的圓柱狀凹面的外側(cè)設(shè)置裝有焊料的溝槽,所述的毛細(xì)管通道(4)另一端的圓柱(5)與鋁腔體(2)的圓柱狀凹面通過銀層焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的焊料是熔點(diǎn)為 183。。的 Sn63Pb37。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的另一端的圓柱(5 )外表面和鋁腔體(2 )的圓柱狀凹面的內(nèi)表面分別電鍍7-8 μ m銀層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的鋁腔體(2)的圓柱狀凹面的外側(cè)設(shè)置3個(gè)寬Imm深0.5mm溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器,其特征在于:所述的波導(dǎo)管(3)和毛細(xì)管通道(4)為一體化結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01P1/195GK203707285SQ201420082386
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】宋賽武, 胡嵐, 賈元奎 申請人:南京國睿微波器件有限公司