盒型输出窗研究(编辑修改稿)

盒型输出窗研究(编辑修改稿)内容摘要：

过大，则圆波导的直径也相应变大，高次摸不容易截止。 窗片的直径过小，对传输高功率不利，同时矩形波导与圆波导的连接也不易做到宽带匹配。 一般选取圆波导的直径等于矩形波导截面的对角线。 22D a b。 窗片材料的介电常数和损耗系数既影响输出窗的频带特性和透射系数，又影响输出窗的热耗散特性和散热能力，同时对金属窗片封接强度和应力平衡必须充分考虑。 在微波波段常用的输出窗窗片材料 有氧化铝、氧化铍、氮化硼等。 3. 输出窗中矩形波导与圆波导的连接处的波导盖板的形状将影响输出窗的带宽。 通常输出窗中方波导与圆波导之间的 90 ，方圆过渡的跳变不连续将引起并联电感或电容的变化，波导盖板的形状则直接影响这种电纳变化的大小和性质。 输出窗焊接工艺过程中焊料流散的均匀与否同样影响输出窗的驻波和热耗性能。 焊料流散不好将使窗片和圆波导连续不均匀，引起不同频率波的驻波特性变化不连续或增加介质损耗。 4. 输出窗的冷却状况较好，相对来说，窗片的热量积累就少，输出窗就能容许 更高的峰值功率和平均功率，同时能延长其工作寿命。 目前，普通盒型输出窗得到了比较好的应用。 但是随着科学技术的高速发展，各个领域对微波电真空器件的性能提出了更高的要求，输出窗的频带特性，功率t 1l 2l 1k 2k 22ab 11ab D 圆波导 矩形波导  第 1 章 引言 3 水平、工作寿命制约着高功率微波电真空器件的进一步发展。 本文主要讨论一种非常规的盒型输出窗，改变窗片与变换阶段圆波导的尺寸。 使其既满足工程指标又实际可行，从而具有一定科研价值。 课题的内容 蓝宝石 [5] 是一种高密度的介质材料，在毫米波段且具有低损耗特点。 选用蓝宝石作为窗片，对展带宽和降低损耗具有积极的作用。 本文采用蓝宝石窗片，尝试改变输出窗圆波导的尺寸、窗片的直径来改善输出窗的性能，希望在频率290GHz350GHz 范围内得到较宽的带宽。 本文采用 CST 三维计算软件来计算分析盒型输出窗，希望以此来改善高频输出窗的匹配特性，以求得到大的带宽和很好的透射特性。 并应用于工程实际。 主要内容包括以下 3 个方面： 1．由于要求频带为 290GHz350GHz，频率过高，所以采用盒型输出窗厚窗结构。 根据盒型窗等效电路， 计算出常规盒型输出窗模型参量指标。 并运用 CST 予以仿真。 2．讨论一种非常规的盒型输出窗模型，即窗片尺寸不等于圆波导尺寸。 运用 CST三维计算软件予以优化，得到满足所要求带宽与衰减的模型。 3．考虑到工程实际，所采用的窗片不可能太小。 所以采用现有半径为 3mm 的蓝宝石窗片，设计适合于 320GHz 传输 的盒型窗结构并模拟优化。 第 2 章 盒型输出窗的理论分析 4 第 2章 盒型输出窗的理论分析 引言 输出窗不仅是让高频能量尽量无 反射、无损耗的通过，而且要保持微波电真空器件内部处于高真空状态。 在输出窗自身结构中，各尺寸参数起着重要的作用，直接影响输出窗的工作频率、频带、透射系数，而窗片则影响着微波输出功率承受能力以及真空密闭和机械性能。 过去对盒型窗的研究中，主要针对的都是常规标准波导，如图 11 所示，对于两端连接不同矩形波导的盒型窗，因为频带不易做宽，通常只用在某些特殊的器件中，本文只对两端对称的盒型窗进行分析，即 1 2 1 2 1 2 1 2a a b b k k l l   、 、 、 ，并且 90。 通 常从等效电路的角度分析这种常规盒型输出窗 常规盒型输出窗等效电路理论分析 由于在矩形波导和圆波导中都是单模工作，波导边界的跳跃改变和材料性能的变化可以等效为电路中电容的电纳，其等效电路表示为图 21。 图 21 盒型输出窗等效电路图 [3] 如图 11 所示常规盒型输出窗是在 10TE 单模工作的矩形波导中插入一段 11TE 2I 1I 3B 2B 1B 2l 1l 0Z 0Z 1Z 2Z 1V 2V     第 2 章 盒型输出窗的理论分析 5 单模传输圆波导，再在圆波导中间封接一片圆盘型窗片而构成。 整个传输线可以分为以下几部分： 1. 矩形波导与圆波导的转换部分。 2. 圆波导传输线。 3. 介质窗片。 把整个盒型窗看作一个无耗四端口网络。 其输入和输出的关系可用传输矩阵[4] 表示为 12VVABIICD          (121) 1 111 1 10 10c o s s i n1s i n c o s1/ cg l j lABjBj l lCD j B g g      2222 2 21 / 0c o s s ins in c o sgl j lj l l jB g g    (122) 式中： 210 11211111 ( )21 ( )caZ agZb (123) 220 22222111 ( )21 ( )caZ agZb () 其中： 12,gg 为圆波 导的特性阻抗和两端矩形波导的特性阻抗之比； 0Z 为圆波导的特性阻抗； 1Z 和 2Z 为输入和输出的矩形波导的特性阻抗； 11,ab 和 22,ab 分别为输入和输出矩形波导的宽边和窄边的尺寸； 12,BB为两端矩形波导与圆波导转换处所引入的不连续电纳的归一化值； cB 为介质中所引起的容性电纳的归一化值； 第 2 章 盒型输出窗的理论分析 6 12,ll 为以窗片厚度的中心为界两边的圆波导段的长度；  为圆波导中波的传播传播常数（ 02/g   ）； 11c 圆波导 11TE 摸的截止波长。 对于两边连接不同矩阵的矩形波导的盒型窗，因为频带不易做宽，所以除了在特殊要求场合外，很少应用。 一般常用的是两边对称的盒型窗。 对于对称型常规盒型窗， 12g g g ， 12B B B ，由公式 (222)求得传输矩阵的参数 , , ,ABC D 分别为 22c o s ( 1 ) s i n ( 2 ) s i n c o sccA D l g B B l g B B l l         (125) 2( 2 s i n c o s s i n )cB j l l B g l   (126)  2 2 222 c o s 2 si n12 ( ) si n c o scccBB l B B B g lgCjB g B B l lg   。