【正文】 ....................................18 結(jié)果分析討論 ..............................................................................................19 非常規(guī)盒型輸出窗設(shè)計的模型分析。摘要 I 摘要 微波電真空器件是雷達、通信、廣播、加速器等一些電子系統(tǒng)的心臟部件。 ............................................................20 非常規(guī)輸出窗理論分析 ...............................................................................20 圓波導(dǎo)直徑的優(yōu)化 .......................................................................................22 圓波導(dǎo)長度的優(yōu)化 .......................................................................................24 結(jié)構(gòu)微調(diào)驗證 ...............................................................................................26 結(jié)果分析討論 ...............................................................................................27 半徑 3mm 藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸 出窗設(shè)計 .............................................28 盒型窗的窗片分析 .......................................................................................28 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 .......................................................................................................30 結(jié)果分析討論 ...............................................................................................37 第 4 章 結(jié)束語 ............................................................................................................39 參考文獻 .........................................................................................................................40 致謝 .................................................................................................................................41 目錄 IV 附錄 .................................................................................................................................42 附錄一：常規(guī)輸出窗圓波導(dǎo)長度求解 Matlab 程序 .............................................42 外文資料原文 .................................................................................................................43 翻譯文稿 .........................................................................................................................50 第 1 章 引言 1 第一章 引言 課 題背景 微波電真空器件是利用電子注與微波電磁場相互作用而進行微波 產(chǎn)生和放大的真空電子器件，是各種微波電子系統(tǒng)的心臟，在當(dāng)今信息時代占有極其重要的地位。陶瓷階梯窗利用逐漸變換而獲得阻抗匹配，這種窗使用于工作波長短的速調(diào)管，在 20%頻帶內(nèi)駐波比可小于 [1] 。此外在結(jié)構(gòu)上便于加水套通水冷卻，故近年來已成為高功率 微波器件的常用輸出窗形式。若 12ll? ，即輸出窗為非對稱窗，這時輸出窗兩端的矩形波導(dǎo)尺寸也可能不相同，一般情況下寬邊尺寸相同，窄邊尺寸不同，輸出窗的頻帶較窄，選擇合適的窗片位置對工作頻率附近可以得到好的透射系t 1l 2l 1k 2k 22ab? 11ab? D 圓波導(dǎo) 矩形波導(dǎo) ? 第 1 章 引言 3 數(shù)。 3. 窗片材料的選用。 6. 輸出窗的散熱和外加冷卻狀況也是影響輸出窗 功率容限和壽命的重要因素。而國內(nèi)的輸出窗的峰值功率可達 10MW ，其平均功率一般在十幾千瓦。使其既滿足工程指標(biāo)又實際可行，從而具有一定科研價值。主要內(nèi)容包括以下 3 個方面： 1．由于要求頻帶為 300GHz330GHz，頻率過高，所以采用盒型輸出窗厚窗結(jié)構(gòu)。 在輸出窗自身結(jié)構(gòu)中，各尺寸參數(shù)起著重要的作用，直接影響輸出窗的工作 頻率、頻帶、透射系數(shù)，而窗片則影響著微波輸出功率承受能力以及真空密閉和機械性能。其輸入和輸出的關(guān)系可用傳輸矩陣 [4] 表示為 12VVABIICD? ? ? ????? ? ? ?????? ? ? ? (221) 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 i ns i n c o sgl j lj l l j B g g?? ???? ?????? ?? (222) 式中： 210 11211111 ( )21 ( )caZ agZb??????? (223) 220 22222111 ( )21 ( )caZ agZb??????? () 其中： 12,gg 為圓波 導(dǎo)的特性阻抗和兩端矩形波導(dǎo)的特性阻抗之比； 0Z 為圓波導(dǎo)的特性阻抗； 1Z 和 2Z 為輸入和輸出的矩形波導(dǎo)的特性阻抗； 11,ab 和 22,ab 分別為輸入和輸出矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊的尺寸； 12,BB為兩端矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換 處所引入的不連續(xù)電納的歸一化值； 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 cB 為介質(zhì)中所引起的容性電納的歸一化值； 12,ll 為以窗片厚度的中心為界兩邊的圓波導(dǎo)段的長度； ? 為圓波導(dǎo)中波的傳播傳播常數(shù)（ 02/g? ? ?? ）； 11c? 圓波導(dǎo) 11TE 摸 的截止波長。 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 （ 2） 介質(zhì)片進入的容性電納。由公式（ 228）可得出反射系數(shù) ? 1/2121PPP??? (2221) 駐波比為 11? ??? ?? (2222) 由此可計算得出不同頻率下窗的駐波比，用以上計算公式求出輸出長的尺寸后，還需加工實驗?zāi)Ｐ?，進行冷測，有實驗方法對計算尺寸進行修正以獲得最佳效果。一般常規(guī)輸出窗選擇圓波導(dǎo)的直徑等于矩形波導(dǎo)對角線的長度，即 22D a b?? (241) 也可 根據(jù)特殊要求經(jīng)行合適的調(diào)節(jié)。 （ 5）采用式（ 221） ~式（ 228）求得輸出窗的駐波比 — 頻率特性，并根據(jù)計算結(jié)果對圓波導(dǎo)的長度進行優(yōu)化。 取中心頻率 0 315f GHz? ，真空中的波長為 0 0cf?? (251) 窗片中的波長為 01 r?? ?? (252) 所以窗片厚度為 12t ?? (253) 常規(guī)模型窗片直徑等于圓波導(dǎo)直徑。 由以上分析的具體參數(shù)：矩形波導(dǎo)長寬高為 0 .7 1 1 0 .3 5 5 0 .5m m m m m m?? ； 窗片直徑等于圓波導(dǎo)直徑 D mm?? ； 窗片厚度 mm? ； 圓波導(dǎo)長度 l 經(jīng)行仿真優(yōu)化。其基本 示意 如圖 31 所示。計算結(jié)果如圖 33 所示。帶寬為約為 ， f 為 25% 。 本文討論的非常規(guī)輸 出窗為窗片直徑不等于圓波導(dǎo)直徑的情況。 參考常規(guī)輸出窗的設(shè)計過程與分析結(jié)果。 對得到模型經(jīng)行微調(diào)，確定最終模型。 300 310 320 3300 .00 .51 .0S21（幅度）f (G H z ) d =0 . 4 m m d =0 . 4 5 m m d =0 . 5 m m d =0 . 5 5 m m d =0 . 6 m m 圖 37 圓波導(dǎo)半徑優(yōu)化（ ~ m m m m? ） 第 3 章 盒型輸出窗的模擬計算與分析 23 300 310 320 3300 .00 .51 .0S21（幅度）f (G H z ) d =0 . 6 5 mm d =0 . 7 mm d =0 . 7 5 mm d =0 . 8 mm 圖 38 圓波導(dǎo)半徑優(yōu)化（ ~ m m m m? ） 由圖 3圖 38 可見。綜合兩方面考慮，選擇 mm? 作為圓波導(dǎo)半徑。參照常規(guī)輸出窗圓波導(dǎo)優(yōu)化方法。 第 3 章 盒型輸出窗的模擬計算與分析 25 300 310 320 3300 .00 .51 .0S21（幅度）f (G H z ) l =0 . 2 6 mm l =0 . 2 7 mm l =0 . 2 8 mm l =0 . 2 9 mm l =0 . 3 0 mm圖 310 圓波導(dǎo)長度優(yōu)化（ 0 .2 6 ~ 0 .3 0l m m m m? ，步長 ） 300 310 320 3300 .00 .51 .0S21（幅度）f (G H z ) l =0 . 3 1 mm l =0 . 3 2 mm l =0 . 3 3 mm l =0 . 3 4 mm l =0 . 3 5 mm 圖 311 圓波導(dǎo)長度優(yōu)化（ 0 .3 1 ~ 0 .3 5l m m m m? ，步長 ） 由上圖可得在 0 .2 6 ~ 0 .3 5l m m m m? 區(qū)間內(nèi)隨著 l 的增加。 300 310 320 3300 .00 .51 .0S21（幅度）f (G H z ) d =0 . 7 1 mm d =0 . 7 3 mm d =0 . 7 5 mm d =0 . 7 7 mm d =0 . 7 9 mm 圖 312 圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)微調(diào)（ 0 .7 1 ~ 0 .7 9d m m m m? ，步長 ） 由上圖可以很明顯的看出，在 mm? 為最佳情況。在中心頻率處透射系數(shù)很平坦。它的作用是然電磁波無反射地通過它傳輸，僅有很小的插入損耗，并把超高真空與充氣狀態(tài)和大氣隔離開來。一般情況下窗片是直接焊接在無氧銅等金屬波導(dǎo)上。造成窗片的溫度局部增高而破損。012 rwHE?? ?? (331) 式中 ? 為角頻率、 39。要完全符合輸出窗用介質(zhì)材料的上述要求是十分困難的。與 23AlO 陶瓷比較起來，藍寶石損耗小，熱 傳導(dǎo)性能有所提高，適合高功率微波管的輸出窗片。其他參數(shù)除第 3 章 盒型輸出窗的模擬計算與分析 31 窗片直徑外加以套用， 由此可得： 已知參量為 : 兩端矩形波導(dǎo)長寬高 0 . 7 1 1 0 . 3 5 5 0 . 5a b k m m m m m m? ? ? ? ? ； 窗片厚度： ； 窗片半徑： 3mm 。因此完全不符合設(shè)計要求，為說明這種情況將 S21 裝換為 dB 如圖 317 所示，波形將更為明顯。 下圖 318 為 圓 波導(dǎo)長度 mm? ； 圓波導(dǎo)