具体实施方式

需要说明的是，本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在各种电子直线加速器、正负电子对撞机、散裂中子源、等离子体加热装置等粒子加速器中，广泛地使用着各种波导窗结构，其功能主要是分离管内外的高真空环境和大气环境以使加速管处于高真空状态，同时尽量低损耗地传输微波功率。波导窗的性能直接影响到器件的带宽、功率、可靠性和寿命等性能。

现有技术中，随着功率水平的提高，透波介质与圆波导接触面和透波介质表面的高电场容易导致二次电子倍增和透波介质的电场击穿。轻微的装配缺陷和非对称都会引起局部电场增强，从而导致波导窗发生打火现象并导致波导窗的损坏。波导窗在使用时所产生的故障绝大多数是因为透波介质的破裂，进而导致需要更换整个波导窗。因此本申请针对此类情况设计了一种波导窗，以解决现有技术存在的问题。

本申请实施例提供的一种波导窗，参见图1～4所示，包括透波介质3、圆波导1以及矩形波导2。透波介质3配置为隔离空气，且能够使微波透过；透波介质3的外周面与圆波导1的内周面密封连接；矩形波导2一端形成有波导端板21，两矩形波导2沿圆波导1的轴向相对设置在圆波导1的两侧，波导端板21与圆波导1可拆卸连接，圆波导1的至少一侧与波导端板21密封连接。

透波介质3的外周面与圆波导1的内周面密封连接，矩形波导2一端形成有波导端板21，两矩形波导2沿圆波导1的轴向相对设置在圆波导1的两侧，波导端板21与圆波导1可拆卸连接，圆波导1的至少一侧与波导端板21密封连接，在保证真空密封性能的同时实现圆波导1与矩形波导2可拆卸的功能，以便在透波介质3发生破裂、失效等导致损坏的情况时，只需拆下圆波导1更换透波介质3即可，不用更换整个波导窗100，本申请实施例提供波导窗100具有降低生产成本，节约资源的优点。

参见图1～4所示，圆波导1的至少一侧与波导端板21密封连接，以使波导窗100起到分离加速管内外的高真空环境和大气环境，通过透波介质3尽量低损耗地传输微波功率。其中圆波导1的至少一侧与波导端板21密封连接，包括圆波导1的一侧与波导端板21密封连接，另一侧与波导端板21非密封连接；还包括圆波导1与两侧的波导端板21均密封连接。其中密封连接可以通过圆波导1与波导端板21对接，通过在二者连接处加入密封胶密封连接；圆波导1与波导端板21对接包括圆波导1与波导端板21中的任一搭接在另一上，还包括圆波导1与波导端板21相对设置并抵接。

其中，波导端板21与圆波导1可拆卸连接，可以通过圆波导1与两个矩形波导2对应设置螺栓孔21b，再通过螺栓穿设于螺栓孔21b将圆波导1与两个矩形波导2分别固定。也可以通过在两波导端板21上均形成有对应的螺栓孔21b，两波导端板21通过螺栓穿设于螺栓孔21b固定，同时圆波导1通过两波导端板21的挤压进行固定。

在一实施例中，参见图1～4所示，两波导端板21上均形成有对应的螺栓孔21b，两波导端板21通过螺栓穿设于螺栓孔21b固定。安装的时候，将底座11与端板通过第一台阶211、第二台阶111、第三台阶212、第四台阶112以及第五台阶113配合进行定位，再将螺栓穿设于两波导端板21的螺栓孔21b，以使波导端板21与圆波导1连接固定，结构相对简单紧凑，降低了加工难度与制作成本。且密封圈4在两波导端板21对圆波导1的挤压下，使得圆波导1与设置有密封圈4一侧的波导端板21实现高真空密封，以使波导窗100起到分离管内外的高真空环境和大气环境的作用。

在一实施例中，圆波导1与矩形波导2可以通过卡扣以及卡槽的配合方式连接固定，操作简单，方便拆装。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，圆波导1包括底座11和密封圈4，底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接；两波导端板21中的至少一个形成一圈朝向圆波导1延伸的第一台阶211，底座11朝向第一台阶211延伸形成第二台阶111，第一台阶211与第二台阶111搭接或对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内。底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接，第一台阶211与第二台阶111搭接或对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内，以使波导窗100中设有密封圈4的一侧与加速器形成高真空环境，起到分离管内外的高真空环境和大气环境，通过透波介质3尽量低损耗地传输微波功率。

其中，底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接，可以通过焊接，加密封胶、过盈设置以及设置密封圈4密封的形式以使底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接。具体的，参见图2以及图3所示，通过对透波介质3的外壁进行金属化处理，使其具有相应的焊接能力后，再通过高温钎焊的方式将透波介质3与底座11进行焊接固定。

在一实施例中，两波导端板21中的一个形成一圈朝向圆波导1延伸的第一台阶211，底座11朝向第一台阶211延伸形成第二台阶111，第一台阶211与第二台阶111搭接或对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内。其中，第一台阶211与第二台阶111搭接可以是第一台阶211搭接在第二台阶111上，或者第二台阶111搭接在第一台阶211上，第一台阶211与第二台阶111搭接并围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内，不但能实现圆波导1与矩形波导2的高真空密封，且搭接部分方便底座11与波导端板21的安装定位。

参见图2以及图3所示，第一台阶211与第二台阶111对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内。装配后通过密封圈4实现圆波导1与矩形波导2的高真空密封。装配的时候，在锁紧圆波导1与矩形波导2前，第一台阶211与第二台阶111间形成预留间隙或没有预留间隙。当第一台阶211与第二台阶111间形成预留间隙时，锁紧的时候，圆波导1与矩形波导2对密封圈4进行挤压，二者间产生相对位移以压缩密封圈4，提高圆波导1与矩形波导2的密封效果。

在一实施例中，两个波导端板21均形成一圈朝向圆波导1延伸的第一台阶211，底座11朝向第一台阶211延伸形成第二台阶111，第一台阶211与第二台阶111搭接或对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内。

在一实施例中，第一台阶211与第二台阶111对接设置，且第一台阶211与第二台阶111间形成预设间隙，密封圈4位于预设间隙中。装配后以使第一台阶211与第二台阶111二者间的密封圈4形成挤压，实现圆波导1与矩形波导2的高真空密封。

在一实施例中，圆波导1包括底座11和密封圈4，底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接；两波导端板21中的至少一个形成一圈朝向圆波导1延伸的第一台阶211，底座11朝向第一台阶211延伸形成第二台阶111；密封圈4位于第一台阶211与第二台阶111之间。装配的时候，在锁紧圆波导1与矩形波导2前，第一台阶211与第二台阶111间形成预留间隙，密封圈4位于第一台阶211与第二台阶111之间的预留间隙中。锁紧圆波导1与矩形波导2后，圆波导1与矩形波导2对密封圈4进行挤压，二者间产生相对位移以压缩密封圈4，提高圆波导1与矩形波导2的密封效果。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，两波导端板21中的之一形成第一台阶211，另一形成一圈朝向圆波导1延伸的第三台阶212，第一台阶211与第二台阶111对接设置；底座11朝向第三台阶212延伸形成有与第三台阶212相适配的第四台阶112，第四台阶112与第三台阶212搭接设置。第一台阶211与第二台阶111对接设置围设形成容纳腔211a，密封圈4位于容纳腔211a内，装配后通过密封圈4实现圆波导1与矩形波导2的高真空密封。装配的时候，在锁紧圆波导1与矩形波导2前，第一台阶211与第二台阶111间形成预留间隙或没有预留间隙。当第一台阶211与第二台阶111间形成预留间隙时，锁紧的时候，圆波导1与矩形波导2对密封圈4进行挤压，二者间可产生预留间隙的相对位移，提高圆波导1与矩形波导2的密封效果。底座11朝向第三台阶212延伸形成有与第三台阶212相适配的第四台阶112，第四台阶112与第三台阶212搭接设置，方便底座11与波导端板21的安装定位。

在一实施例中，两波导端板21中的之一形成第一台阶211，另一形成一圈朝向圆波导1延伸的第三台阶212，第一台阶211与第二台阶111搭接设置；底座11朝向第三台阶212延伸形成有与第三台阶212相适配的第四台阶112，第四台阶112与第三台阶212搭接设置。方便底座11与两侧波导端板21的安装定位。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，波导端板21朝向圆波导1一侧形成有第一凸起213，第一凸起213位于第一台阶211下方以挤压密封圈4。装配后，波导端板21的第一凸起213挤压密封圈4，提高底座11与矩形波导2的密封效果。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，底座11朝向波导端板21一侧形成有第二凸起114，第二凸起114位于第二台阶111下方以挤压密封圈4。装配后，底座11的第二凸起114挤压密封圈4，提高底座11与矩形波导2的密封效果。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，波导端板21朝向圆波导1一侧形成有第一凸起213，第一凸起213位于第一台阶211下方以挤压密封圈4；底座11朝向波导端板21一侧形成有第二凸起114，第二凸起114位于第二台阶111下方以挤压密封圈4。装配后，波导端板21的第一凸起213以及底座11的第二凸起114同时挤压密封圈4，提高底座11与矩形波导2的密封效果。优选的，第一凸起213与第二凸起114相对设置，第一凸起213与第二凸起114挤压密封圈4的位置位于同一平面，进一步提高底座11与矩形波导2的密封效果。

在一实施例中，参见图2以及图3所示，底座11沿轴向的一端向径向延伸形成有第五台阶113，透波介质3与第五台阶113抵接。在底座11的内周面与透波介质3的外周面密封连接时，即将透波介质3与底座11通过高温钎焊的方式进行焊接固定时，先将透波介质3与第五台阶113抵接，进行定位，且方便进行钎焊的操作，例如第五台阶113的设置方便焊料的放置。可以理解的是，第五台阶113可以形成在底座11靠近第一台阶211的一端，也可以形成在底座11靠近第二台阶111的一端，也可以形成在底座11的两端。

在一实施例中，参见图2～4所示，圆波导1还包括冷却槽12以及密封套13。冷却槽12设置在底座11的外周面，以冷却透波介质3；密封套13盖设在冷却槽12上，并与冷却槽12密封连接。底座11的外周面设置冷却槽12，一圈密封的冷却槽12构成冷却回路，可覆盖最主要的发热区域，例如覆盖在透波介质3的外周面，能将透波介质3产生的热量传递给底座11，在传递给冷却槽12中的冷却剂，以控制透波介质3的温度，有效控制透波介质3在传输高微波功率时所产生的温度变化，避免传输高微波功率时温度过高而引起的透波介质3破裂、机械形变等情况，提高波导窗100的寿命以及低损耗的传输高微波功率等。

冷却槽12可以与底座11一体成型，以减少波导窗100的零件，降低成本；也可以非一体成型，将冷却槽12安装在底座11上。密封套13盖设在冷却槽12上，并与冷却槽12密封连接，密封套13可以通过转动设置在冷却槽12上，例如通过绕着密封套13的一侧转动，打开或关闭冷却槽12；密封套13也可以通过滑动设置在冷却槽12上。

参见图1～4所示，密封套13上还形成有冷却剂进出口14，冷却剂通过进出口14进入冷却槽12或排出冷却槽12。其中密封套13可以是冷水套，冷却剂可以是水。

在一实施例中，参见图1、图2以及图4所示，波导窗100还包括匹配脊5，对称设置在透波介质3的两侧，以汇聚朝向圆波导1传输的微波功率。本申请实施例的波导窗100采用增设匹配脊5的结构，以汇聚朝向圆波导1传输的高微波功率，可以使得高微波功率透过透波介质3时接触的尺寸相应减小，以使在传输高微波功率时，降低高微波功率的反射，降低高微波功率在传输过程中的损耗，使高微波功率能够更好的通过波导窗100馈入到耦合器、加速腔内。

匹配脊5的设置使得电场集中在透波介质3的中间范围，以使传输的高微波功率分布面积减小，因为高微波功率从透波介质3中进行传输，存在一定的微波损耗。匹配脊5的设置使得传输的高微波功率分布在透波介质3上的面积减小，高微波功率在传输时，传输面积的减小有利于损耗的减小。高微波功率分布面积减小，透波介质3面积以及体积也相应减小，结构更紧凑，能够使其阻抗特性匹配。

在一实施例中，参见图1、图2以及图4所示，两波导端板21分别形成朝向透波介质3的开口槽21a，每侧匹配脊5的一端穿设于开口槽21a与对应的波导端板21连接。

在一实施例中，参见图1、图2以及图4所示，匹配脊5是截面为直角梯形的梯形体，梯形体的底面与矩形波导2连接，梯形体的斜面远离波导端板21设置。匹配脊5是截面为直角梯形的梯形体，梯形体的斜面远离波导端板21设置，以更好的汇聚朝向圆波导1传输的高微波功率。且减少了波导窗100内的突变结构的数量，防止因突变结构过多，导致产生打火现象。

在一实施例中，参见图1、图2以及图4所示，每一矩形波导2设有两个匹配脊5，对称设置在矩形波导2的两侧。以更好的汇聚朝向圆波导1传输的高微波功率。且通过结构匹配，以更好的对波导窗100对高微波功率传输的进行控制。

在一实施例中，透波介质3为氧化铝陶瓷片、氧化铍陶瓷片或蓝宝石片。先进的透波介质3材料的研究与加工工艺的持续改进是波导窗100的重要研究方向之一。先进的透波介质3，例如陶瓷材料具有介电常数小、微波损耗低、介电强度大、热导率高等特点，是实现波导窗100优良性能的关键。波导窗100中使用的透波介质3主要有Al₂O₃、熔融石英、BeO，BN，AlN，化学气相沉积金刚石等。其中，氧化铝陶瓷片因其质量稳定，价格低廉，金属化和封装容易，以及工艺成熟等特点在微波元器件中得到大量应用。

在一实施例中，透波介质3与波导端板21密封连接的一侧的表面涂覆有氮化钛。通过在透波介质3与波导端板21高真空密封的一侧表面涂覆TiN，可以有效避免透波介质3的二次电子倍增效应，提高波导窗100的功率容量。

在一实施例中，参见图1～4所示，透波介质3为氧化铝陶瓷片，陶瓷片通过高温钎焊的方式与底座11进行连接，矩形波导2一端为法兰22接口，以使波导窗100与各种电子直线加速器、正负电子对撞机、散裂中子源、等离子体加热装置等粒子加速器连接，另一端为波导端板21。底座11与矩形波导2上的两个波导端板21通过螺栓进行固定连接，即陶瓷片与底座11为可拆卸式结构，从而使得波导窗100在发生陶瓷片破裂的情况时，可对仅对陶瓷片进行替换，降低波导窗100的生产成本，且高真空密封一侧的底座11与波导端板21设有第一凸台和第二凸台、以及密封圈4，从而保证其高真空密封性能。在两个矩形波导2内部分别设有两个匹配脊5，在传输高微波功率时，可在有效地减小陶瓷片体积、使波导窗100的结构更加紧凑的同时，能够使其阻抗特性匹配，有效降低传输过程中的功率损耗，且波导窗100内电场分布均匀，打火机率较低。并通过所设计的水冷通道，从而更有效的进行散热，尽可能的保证陶瓷片处于正常工作状态，从而满足高功率质子直线加速器中通过微波波导窗100向腔体中馈入百千瓦级高射频功率的使用需求。

在一实施例中，波导端板21、圆波导1的外水套以及法兰22可以是无氧铜材料，底座11、矩形波导2以及匹配脊5可以是无氧铜材料，陶瓷片材料可以是氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷或者蓝宝石。

其中，矩形波导2及匹配脊5采用无氧铜材料，并对表面光洁度有一定的要求，从而降低微波功率在传输时产生的功率损耗。陶瓷片采用较高纯度的氧化铝制成，较高纯度的氧化铝陶瓷具有较少的氧化镁杂质，可有效降低高微波功率传输时的损耗。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。