【正文】 的透視系數(shù)線性波形如圖 322 所示。使其滿足設(shè)計要求。因此本節(jié)采用同時改變圓波導(dǎo)的長度與半徑兩個變量，取出這兩變量的一些組合，觀察其趨勢。所以大膽套用所求得的圓波導(dǎo)尺寸 圓波導(dǎo)長度 mm? ； 圓波導(dǎo)直徑 mm? 。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 由于此結(jié)構(gòu)窗片尺寸加大，采用 CST 經(jīng)行優(yōu)化仿真速度非常緩慢。 2TiO 陶瓷介電常數(shù)偏大，無法匹配。 由式（ 331）可以看出，介質(zhì)材料容性損耗的功率直接與介質(zhì)介電常數(shù)的虛部或損耗角正切成正比。但這可以通過采用合理的焊接工藝來消除。 由于介質(zhì)材料的抗電強度不高，容易發(fā)生電介質(zhì)擊穿而損壞輸出窗。由于 中所用窗片半徑為 ，與實際工程要求窗片半徑相比還是過小。 綜上所述，這種非常規(guī)輸出窗模型確定 ，且透射系數(shù)完全滿足所要求技術(shù)指標(biāo) 。 第 3 章 盒型輸出窗的模擬計算與分析 27 結(jié)果分析討論 這種窗片直徑不 等于圓波導(dǎo)直徑、圓波導(dǎo)直徑不等于矩形波導(dǎo)對角線長度的非常規(guī)輸出窗，經(jīng) CST 仿真優(yōu)化，確定參數(shù)，得到最好的輸出效果，為說明確實可行。綜上所述選取 mm? 作為圓波導(dǎo)長度。但缺點在于波形中點不在中心頻率處。從而出現(xiàn)有峰值出現(xiàn)的波形。 mm? 時雖波形平坦，且沒有較大跳變，但衰減明顯大于 0 . 7 , 0 . 7 5d m m d m m??，并且其半徑等度窗片半徑，不符合設(shè)計要求。并且窗片 直徑 也并非固定，但在改變窗片 直徑 時，為得到較好的帶寬，圓波導(dǎo)的直徑和長度也要隨之 加以 改變。 具體優(yōu)化步驟為： 將窗片直徑設(shè)為 經(jīng)行仿真設(shè)計。 由于窗片直徑不等于圓波導(dǎo)直徑， 圓波導(dǎo)直徑也不等于矩形波導(dǎo)對角線， 相比常規(guī)輸出窗，優(yōu)化過程更加復(fù)雜。 圖 35 常規(guī)盒型輸出窗帶寬示意圖（ ? ） 非 常規(guī)盒型輸出窗設(shè)計 的模型分析。 結(jié)果分析討論 本文主要討論盒型輸出窗的在所在頻段的帶寬， 本 文采用 帶寬加以討論。參考 以上結(jié)果 進行仿真 優(yōu)化 。本文采用藍寶石 作為輸出窗 窗片 。計算其值可用 Matlab 編程，以 l 為自變量， BC? 為因變量畫圖，其橫軸零點即為所要求的l 。 矩形波導(dǎo)尺寸 矩形波導(dǎo)寬邊窄邊長度為給定值，不加討論的定位 m m m? 。通常，可選擇 L波段的窗片厚度為 57mm mm ， S波段的窗片厚度為 4mm mm ，C 波段窗片厚度為 mm ，對于 X 波段和更短波長的輸出窗應(yīng)采 用厚窗結(jié)構(gòu)。 傳輸線矩陣其他的個元素分別為 221 1 1 1 11111c o s ( c o s s in ) s in ( s in c o s )1s in c o s s inBgA D t B g g t l t tgl l g tg? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?????????????? (232) 221 1 11c o s 2 s i n c o s c o s s i n s i ngB j g g l g l l t l tg? ? ? ? ? ???? ? ????? (233) 221 1 112122 11111c os 2 c os si n1si n c os 2 c ossi n 2 c os ( ) si nC j l B t gg B tggj l l B g tgggj l t B tgg? ? ?? ? ?? ? ???? ? ??????????? ??????????? ? ? ????? (234) 對于中心頻率，當(dāng) 12gt ?? 時，式（ 231）變?yōu)? 120 c o s sinsin c o s1/1 / 01 0 c o s sin0 1 sin c o sgA B l j lC D j l ljB g ggl j lj l l jB g g??????????? ? ? ?? ??? ? ? ?? ? ? ??????? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ?? (235) 由上式求得傳輸矩陣各元素為 22c o s s i n 2 s i n c o sA D l l g B l l? ? ? ?? ? ? ? ? (236) 2 sin c o sB j g l l???? (237) 2 2 2 12 c o s 2 s in 2 ( ) s in c o sC j B l B l B g l lg? ? ? ???? ? ? ? ????? (238) 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 13 類似于薄窗結(jié)構(gòu)，由無反射條件求得圓波導(dǎo)段的長度 l ，即 2a r c ta n (2 gX X ZlY Y Y? ????????? ? ? ??????? (239) 式中： 21 。 將矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)相連的情況等效為兩矩形波導(dǎo)僅在 E 平面內(nèi)截面變化的情況，因為圓波導(dǎo)的直徑選為等于矩形波導(dǎo)的對角線，由于波導(dǎo)由方變圓而造成的寬邊尺寸變化所引入的感性電抗遠比窄邊尺寸變化引入的容性電抗小，故突變點電抗部分是容性的，歸一化電納 B 為 ?22221 3 21 s i n2 ( ) 24 ng nb d b b d d bB I n I nb d d b d b n ? ????? ??? ? ? ???? ? (2219) 式中：2 21 11 2n kdn??????? ???? ； bd??? ； b 為矩形波導(dǎo)窄邊尺寸； d 為圓波導(dǎo)直徑； 1g? 為矩形波導(dǎo)的波導(dǎo)波長； k 為矩形波導(dǎo)傳播常數(shù)， 12/gk ??? 。由上式可以看出，在要求的頻率點上，存在完全匹配的條件為 2XZYY??????? (2215) 當(dāng)輸入和輸出波導(dǎo)的幾何尺寸確定后，應(yīng)選擇適合的圓波導(dǎo)直徑、窗片材料（介電常數(shù)）和厚度，使方程式（ 2215）的條件滿足。整個傳輸線可以分為以下幾部分： 1. 矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換部分。運用 CST三維計算軟件予以優(yōu)化，得到滿足所要求帶寬與衰減的模型。 。今年來，國內(nèi)尖端電磁科技的發(fā)展，已隨世界潮流由傳統(tǒng)的厘米波進入微波領(lǐng)域，例如衛(wèi)星通信應(yīng)用、新型國防電子系統(tǒng)、太赫茲研究等。 例如，速調(diào)管要就更高的峰值功率和平均功率、更寬的瞬時帶寬、跟高的轉(zhuǎn)換效率、更高的信噪比。通常輸出窗中方波導(dǎo)與圓波導(dǎo)之間的 90?? ，方圓過渡的跳變不 連續(xù)將引起并聯(lián)電感或電容的變化，波導(dǎo)蓋板的形狀則直接影響這種電納變化的大小和性質(zhì)。窗片的直徑過小，對傳輸高功率不利，同時矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)的連接也不易做到寬帶匹配。窗片厚度和圓波導(dǎo)的長度（ 12LL和 ）的選擇則取決于工作頻率范 圍和頻段寬度。輸出窗的雜模也是影響電真空器件正常工作的重要方面。 微波電真空器件要能夠可靠運行，就需要高真空的內(nèi)部環(huán)境，輸出窗是解決高頻能量輸出和維持器件本身高真空性能之間的相互矛盾而出現(xiàn)的，即在高頻輸出端不但需要將高頻功率傳送出去，同時還要使器件保持良好的氣密性。同時，采用現(xiàn)有半徑為 3mm 的藍寶石窗片，設(shè)計適合與 300GHz 的盒型窗結(jié)構(gòu)并模擬優(yōu)化。 并對 非 常規(guī) 輸出窗模型的輸出特性與各種結(jié)構(gòu)參量的關(guān)系進行了優(yōu)化模擬， 討論 了該 輸出窗結(jié)構(gòu)變化對其輸出特性的影響，得到理論上的最優(yōu)模型參數(shù)。 輸出窗是伴隨著微波電真空器件的出現(xiàn)而誕生的，是大功率微 波電真空器件、加速器和其他大功率微波電子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對器件和系統(tǒng)的容量、高頻特性、可靠性和壽命具有重要影響。圓柱盒型窗的連續(xù)波功率容限問題是電真空器件峰值功率和平均功率進一步提高的制約因素。通常矩形波導(dǎo)的尺寸 是根據(jù) 10TE 單模工作的頻率范圍采用標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，而圓波導(dǎo)段直徑 D 則依據(jù)輸出微波功率和高頻場強強度大小及 11TE 單模工作的頻率范圍選則確定，通常情況下圓波導(dǎo)直徑 D 與矩形波導(dǎo)的對角線近似相等，俗稱“對角窗”。由于窗片焊接在圓波導(dǎo)中，如果窗片的直徑過大，則圓波導(dǎo)的直徑也相應(yīng)變大，高次摸不容易截止。 4. 輸出窗中矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)的連接處的波導(dǎo)蓋板的形狀將影響輸出窗的帶寬。但是隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)ξ⒉娬婵掌骷男阅芴岢隽烁叩囊螅?出窗的頻帶特性，功率水平、工作壽命制約著高功率微波電真空器件的進一步發(fā)展。因此，自主研發(fā)及制造能力的建設(shè)，非常重要。本文采用藍寶石窗片，嘗試改變輸出窗圓波導(dǎo)的尺寸、窗片的直徑來改善輸出窗的性能，希望在頻段300 330GHz GHz? 范圍內(nèi)得到較寬的帶寬。 2．討論一種非常規(guī)的盒型輸出窗模型，即窗片尺寸不等于圓波導(dǎo)尺寸。 圖 21 盒型輸出窗等效電路圖 [3] 2I 1I 3B 2B 1B 2l 1l 0Z 0Z 1Z 2Z 1V 2V ? ? ? ? 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 7 如圖 11 所示常規(guī)盒型輸出窗是在 10TE 單模工作的矩形波導(dǎo)中插入一段 11TE 單模傳輸圓波導(dǎo)，再在圓波導(dǎo)中間封接一片圓盤型窗片而構(gòu) 成。 對于對稱型常規(guī)盒型窗， 12g g g?? ， 12B B B?? ，由公式 (222)求得傳輸矩陣的參數(shù) , , ,ABC D 分別為 22c o s ( 1 ) s in ( 2 ) s in c o sccA D l g B B l g B B l l? ? ? ?? ? ? ? ? ? (225) 2( 2 sin c o s sin )cB j l l B g l? ? ??? (226) ? ?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????????? ? ? ???????????? (227) 對于互易無耗雙口網(wǎng)絡(luò)， AD? ，入射功率 1P 與輸出功率 2P 之比為 2 2 2121 1 11 ( ) ( ) 1 ( )4 4 4PL A D B C B CP? ? ? ? ? ? ? ? ? (228) 根據(jù)駐波比與反射系數(shù) ? ，反射系數(shù) ? 與 L 的關(guān)系，可求得駐波比 ? 與 L的關(guān)系，即 2 1 / 22 1 2 ( )L L L? ? ? ? ? (229) 由公式（ 229）可知，功率全部傳輸?shù)臈l件為 BC? ，由公式（ 226）、（ 227），得 2t a n 2 t a n 0Y l X l Z??? ? ? (2210) 式中： 21cX g B g B Bg? ? ? ? (2211) 2 2ccY B g B B g B? ? ? (2212) 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 9 2 cBZBg?? (2213) 式（ 2210）的解為 2ta n X X ZlY Y Y? ??? ? ????? (2214) 由公式（ 2214）可求得獲得匹配要求的圓波導(dǎo)長度 l 。 （ 3） 矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)連接時不連續(xù)處所引入的電納。 在該結(jié)構(gòu)中，可以將窗片看作一段傳輸線，考慮對稱結(jié)構(gòu)，公式（ 222）可變?yōu)? 1 1 11111c o s s in0 c o s s in1 s in c o ss in c o s1/t jg tgA B l j lj t tC D j l ljB g g g????????????? ? ? ? ??? ??? ? ? ?? ? ? ??? ?? 11 / 0c o s s ins in c o s gl j lj l ljB g g?? ???? ?????? ?? (231) 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 式中： 112/g? ? ?? ，20120212DgD?????????????????? ， 01 2023 .1 4gr D????? ??? ???? 。從匹配的角度來說，窗片的厚度應(yīng)選擇小一些，考慮窗片的結(jié)構(gòu)強度和封接強度，根據(jù)窗片的直徑，應(yīng)選擇一定厚度的窗片。 由于常規(guī)輸出窗結(jié)構(gòu)較為固定， 參考 節(jié)計算公式 分析可得，其設(shè)計重點主要為圓波導(dǎo)長度與窗片厚度的確定。 由厚窗結(jié)構(gòu)傳輸計算公式（ 233）、式（ 234）可求得 B 、 C 。選用藍寶石作為窗片，對展帶寬和降低損耗具有積極的作用。 CST 模型優(yōu)化 由于常規(guī)