寬帶大功率微波輸出窗及過渡段研究.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，同時將微波能量輸出。隨著輸出功率的進一步提高以及帶寬的展寬，對輸出窗的要求越來越高。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瓶頸。同時由于高功率微波器件的輸出段有時需要和標準波導以及輸出窗過渡連接，在過渡段將會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，以及更為緊湊的過渡方式，需要

2、精心設計過渡段。本論文的主要工作包括：
　　一、首先對輸出窗的現(xiàn)狀進行了概述，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)材料研究的最新進展，為窗介質(zhì)的選擇提供參考。同時對影響輸出窗帶寬和功率容量的主要因素進行了一定的分析。簡要介紹了輸出窗損壞的主要原因進行分析，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，為對輸出窗

3、的設計分析提供理論幫助。分析了電磁波在多層介質(zhì)中的傳播與反射特性。對多層介質(zhì)窗進行了分析，仿真設計了三層介質(zhì)Ka（中心頻率35GHz）波段矩形波導和圓波導輸出窗。矩形波導窗在30.2-39.2GHz范圍內(nèi)反射系數(shù)S11都低于-20dB，圓波導窗在29.6-38.8GHz范圍內(nèi)反射系數(shù)都低于-20dB。與標準半波長介質(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，可以通過對參數(shù)的優(yōu)化，圓波導窗可以獲得在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常規(guī)盒型窗設計進行仿真分析，并通過對窗片形狀的改進，在保持寬帶的情況下消除了帶內(nèi)的鬼模振蕩。并用此方法仿真設計了Ka（中心頻率35GHz）波段無鬼模盒型窗。得到在32.6-39.6GHz帶寬內(nèi)S11低于-25dB的無鬼模振蕩輸出，與半波長厚度的介質(zhì)窗片相比，其與圓波導接觸面積較大，帶寬更寬，更有利于散熱。利用切比雪夫阻抗變換分析設計了兩節(jié)圓波導階梯過渡段，并進行仿真