一種高功率旋轉(zhuǎn)場鐵氧體移相器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明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。本發(fā)明技術(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]本發(fā)明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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明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]本發(fā)明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，再采用低溫軟釬焊的工藝方法焊接，從而形成焊縫。
[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數(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]本發(fā)明的有益效果:
[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個寬Imm深0.5mm的溝槽，焊接時采用熔點(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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(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)為不銹鋼材料。
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:所述的鋁腔體(2)和毛細(xì)管通道(4)的連接是分別將毛細(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，并在鋁腔體(2)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(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 )。
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】H01P1/195GK103794837SQ201410064925
【公開日】2014年5月14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