寬帶大功率微波輸出窗及過(guò)渡段研究.pdf

1、微波輸出窗作為電真空器件、加速器和其他大功率微波器件的關(guān)鍵部件之一，它將器件內(nèi)的真空狀態(tài)與外環(huán)境相隔離，同時(shí)將微波能量輸出。隨著輸出功率的進(jìn)一步提高以及帶寬的展寬，對(duì)輸出窗的要求越來(lái)越高。輸出窗性能的好壞，在一定程度上決定了器件的成敗，成為影響功率提高的一個(gè)瓶頸。同時(shí)由于高功率微波器件的輸出段有時(shí)需要和標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)以及輸出窗過(guò)渡連接，在過(guò)渡段將會(huì)引起能量的反射和模式變換。為了得到高的模式純度，減小微波能量的反射，以及更為緊湊的過(guò)渡方式，需要

2、精心設(shè)計(jì)過(guò)渡段。本論文的主要工作包括：
　　一、首先對(duì)輸出窗的現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，分析了輸出窗研制所遇到的困難和挑戰(zhàn)。深入分析輸出窗介質(zhì)材料的特性，以及大功率寬帶輸出所需要的介質(zhì)材料的特性和介質(zhì)材料研究的最新進(jìn)展，為窗介質(zhì)的選擇提供參考。同時(shí)對(duì)影響輸出窗帶寬和功率容量的主要因素進(jìn)行了一定的分析。簡(jiǎn)要介紹了輸出窗損壞的主要原因進(jìn)行分析，以及解決辦法。
　　二、利用電磁反射定律、折射定律分析電磁波在均勻介質(zhì)層的反射與折射，為對(duì)輸出窗

3、的設(shè)計(jì)分析提供理論幫助。分析了電磁波在多層介質(zhì)中的傳播與反射特性。對(duì)多層介質(zhì)窗進(jìn)行了分析，仿真設(shè)計(jì)了三層介質(zhì)Ka（中心頻率35GHz）波段矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)輸出窗。矩形波導(dǎo)窗在30.2-39.2GHz范圍內(nèi)反射系數(shù)S11都低于-20dB，圓波導(dǎo)窗在29.6-38.8GHz范圍內(nèi)反射系數(shù)都低于-20dB。與標(biāo)準(zhǔn)半波長(zhǎng)介質(zhì)窗相比較，帶寬更寬，介質(zhì)的總厚度更厚，故能承受更大的功率。同時(shí)，可以通過(guò)對(duì)參數(shù)的優(yōu)化，圓波導(dǎo)窗可以獲得在32-37.3GH

4、z帶寬內(nèi)反射系數(shù)低于-30dB的結(jié)果。
　　三、利用等效電路理論對(duì)常規(guī)盒型窗設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，并通過(guò)對(duì)窗片形狀的改進(jìn)，在保持寬帶的情況下消除了帶內(nèi)的鬼模振蕩。并用此方法仿真設(shè)計(jì)了Ka（中心頻率35GHz）波段無(wú)鬼模盒型窗。得到在32.6-39.6GHz帶寬內(nèi)S11低于-25dB的無(wú)鬼模振蕩輸出，與半波長(zhǎng)厚度的介質(zhì)窗片相比，其與圓波導(dǎo)接觸面積較大，帶寬更寬，更有利于散熱。利用切比雪夫阻抗變換分析設(shè)計(jì)了兩節(jié)圓波導(dǎo)階梯過(guò)渡段，并進(jìn)行仿真