[发明专利]一种高功率毫米波输出窗测试及老炼装置及方法

说明书

本发明提出了一种高功率毫米波输出窗测试及老炼装置，包括高功率毫米波源、吸收负载、反射光栅、介质窗片以及反射镜M1与反射镜M2，本发明利用金属反射光栅对以准高斯模式传播的高功率电磁波进行分束，提取一部分波束形成行波谐振环，通过调整行波谐振环使之工作于谐振状态，从而推算介质窗片的介电常数，同时利用行波谐振环的增益效果，实现在比微波源更高的等效功率条件下对介质窗片进行筛选和老炼。可直接在高功率条件下对实际使用的介质窗片或介电窗组件进行参数测量，测量结果更符合实际情况；能够实现合格窗片的筛选，剔除存在缺陷且无法改良的窗片；能够在比微波源输出功率更高的等效功率条件下对窗片进行老炼，提升窗片的功率容量。

技术领域

本发明涉及输出窗测试及老炼领域，特别涉及一种高功率毫米波输出窗测试及老炼装置及方法。

背景技术

磁约束热核聚变实验研究中，需采用高功率毫米波进行电子回旋共振加热。高功率毫米波源通常为一种电真空器件(回旋管)，其内部为高真空环境。磁约束热核聚变实验装置主机内部也是一个真空室。因而，电磁波从毫米波源输出到进入主机真空室的过程中必须有真空封装的介质窗片隔离真空并有效地传输高功率毫米波。高功率毫米波传输时，对介质窗片提出了苛刻要求，设计不佳或存在缺陷都容易引起窗片损坏，造成系统停机。

对介质窗片的介电常数测量和对封装好的介质窗片进行有效筛选和老炼就显得十分重要。目前，通常利用矢量网络分析仪，采用谐振腔法、准光腔法、波导法测量介质窗片的介电常数、损耗角正切进行测量。而介质窗片的筛选和老炼则是直接封装在器件上或传输线上直接进行。

在毫米波段，现有的(包含介电常数和损耗角正切)测量方法只能在低功率条件下进行，而在高功率条件下，受介质窗片内部电磁波损耗影响，材料的介电常数和损耗角正切都将发生明显变化。因此，在低功率条件下测量的结果并不准确。而现有的老炼技术，只能随电真空管和传输线系统进行，不能提前筛选，一旦损坏，更换成本很高。尤其是电真空管本身的介质窗片发生损坏，则整个电真空管都将作废，这个代价太高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种高功率毫米波输出窗测试及老炼装置及方法，应用于高功率米波电真空器件或传输线上介质窗片的测量和老炼，本发明能够在高功率条件下对介质窗片的介电常数和损耗角正切进行测量，还可实现在高功率条件下对实际使用的窗片进行筛选，剔除功率容量不足的窗片，同时还能通过老炼提升介质窗片的功率容量，从而确保使用在电真空管或传输线上的介质窗片是满足功率容量要求的。

本发明采用的技术方案如下：一种高功率毫米波输出窗测试及老炼装置，包括高功率毫米波源、吸收负载、反射光栅、介质窗片以及反射镜M1与反射镜M2，所述反射光栅水平放置，高功率毫米波源设置在反射光栅上方，以斜45角准高斯波束入射到反射光栅；

反射光栅，用于将高功率毫米波源输出的一部分波束通过光栅的-1阶衍射波束方向传输，剩余部分经0阶衍射波束方向输出；

反射镜M1与反射镜M2，分别设置在反射光栅上方，用于将-1阶衍射波束方向的波束反射回反射光栅，通过调节两个反射镜位置将装置调整至谐振状态，与反射光栅一同构成毫米波准高斯波束的行波谐振环；

所述介质窗片为测试材料，测试时，垂直反射光栅平面并设置在反射光栅上方、反射镜M1与反射镜M2之间；

吸收负载，用于吸收经反射光栅分束输出的毫米波功率。

进一步的，所述反射镜M1、反射镜M2与反射光栅形成行波谐振环的具体过程为：入射波束经反射光栅进行分束后的-1阶衍射波束方向的波束经反射镜M2反射至反射镜M1，再由反射镜M1反射至反射光栅；重新反射回反射光栅的波束一部分再次向-1阶衍射波束方向输出(即对应往吸收负载方向)，剩余部分经0阶衍射波束方向传输(即反射镜M2方向)；

进一步的，所述反射镜M1与反射镜M2位置沿波束反射的法线方向进行移动。