【正文】 窗的理論分析 12 圖 32 無盒的 3mm 標準波導程序 圖 33 無盒 3mm 標準波導示意圖 1． 窗片厚度 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 13 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 14 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 15 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 16 現(xiàn)在再將有盒子的輸出窗調(diào)試出來 窗片設計結(jié)構如下圖 ： 圖 34 有 盒 3mm 標準波導示意圖 先來說一下我的仿真思路： 在給定窗片（厚度 、外徑 ）和 3mm 標準波導后，利用控制變量法改變空氣盒子的直徑（即窗片內(nèi)徑）和厚度，查看 S21 即可。由于窗片直徑不等于圓波導直徑，圓波導直徑也不等于矩形波導對角線， 優(yōu)化過程比較 復雜。 具體優(yōu)化步驟為： 將窗片直徑設為 ，此 為給定條件。 CST 模型優(yōu)化 首先我們將窗片厚度直接定為λ 1/2，用 CST 進 行優(yōu)化，主要觀測透射系數(shù)S21，我們將看到圓波導長度的微小變化給結(jié)果帶來的巨大影響。 對得到模型經(jīng)行微調(diào)，確定最終模型。 未知參量為：窗片直徑 ；圓波導直徑 ；圓波導長度 。參考以上結(jié)果進行仿真優(yōu)化。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，下面我在老師的幫助下開始運用 CST 軟件進行仿真過程。其基本示意如圖 31 所示。 根據(jù)所設計的輸出窗的要求，其輸入波頻率在 320GHz，則其輸入波的波長λ =c/f=1mm，這是在真空中傳播時的情況，而盒形窗設計時中間寶石窗片的厚度要求為所傳播波長的 1/4（即 ） 。 （ 4）將以上參數(shù)帶入式（ 2215），判斷式（ 2214）是否有解，再根據(jù)式（ 2210）求得圓波導的長度 l 。在算出圓波導長度 l 以后，可以核算頻寬。 矩形波導的等效阻抗 12 2121cbZZa????????????? (1216) 圓波導的等效阻抗 0 2021cZ???????????? (1217) 式中： ? 為自由空間的磁導率； ? 為自由空間的介電常數(shù)； ? 為自由空間波長； 0c? 為圓波導截止波長； 1c? 為矩形波導截止波長； ,ab 為矩形波導寬邊和窄邊的尺寸。 把整個盒型窗看作一個無耗四端口網(wǎng)絡。 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 4 第 2章 盒型輸出窗的理論分析 引言 輸出窗不僅是讓高頻能量盡量無 反射、無損耗的通過，而且要保持微波電真空器件內(nèi)部處于高真空狀態(tài)。并應用于工程實際。 目前，普通盒型輸出窗得到了比較好的應用。 22D a b?? 。窗片厚度和圓波導的長度（ 12LL和 ）的選擇則取決于工作頻率范圍和頻段寬度。 第 1 章 引言 1 第一章 引言 課 題背景 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)的關鍵部件。 窗片 尺寸 ............................................................... 錯誤 !未定義書簽。根 據(jù)這 要求設計滿足條件的輸出窗，不斷改變其參數(shù)設置，進行多次仿真找到符合條件的輸出窗模型。在窗內(nèi)要求有最小的反射或損耗，因此要求輸出窗匹配良好，工作頻帶寬，功率容量大，并且在一定頻寬內(nèi)其|S21|db。 矩形波導尺寸 ....................................................... 錯誤 !未定義書簽。 翻譯文稿 .......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。通常矩形波導的尺寸是根據(jù) 10TE 單模工作的頻率范圍采用標準波導，而圓波導段直徑 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，通常情況下圓波導直徑 D 與矩形波導的對角線近似相等，俗稱“對角窗”。一般選取圓波導的直徑等于矩形波導截面的對角線。 4. 輸出窗的冷卻狀況較好，相對來說，窗片的熱量積累就少，輸出窗就能容許 更高的峰值功率和平均功率，同時能延長其工作壽命。 本文采用 CST 三維計算軟件來計算分析盒型輸出窗，希望以此來改善高頻輸出窗的匹配特性，以求得到大的帶寬和很好的透射特性。所以采用現(xiàn)有半徑為 3mm 的藍寶石窗片，設計適合于 320GHz 傳輸 的盒型窗結(jié)構并模擬優(yōu)化。 3. 介質(zhì)窗片。 （ 1） 矩形波導和圓波導的等效阻抗。 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 9 輸出窗的設計一般是有頻帶要求的。 （ 3）根據(jù)式（ 2218）和式（ 2219）求得介質(zhì)窗片引入的等效電容 cB 以及矩形波導與圓波導連接處引入的電納 1B 。本文采用藍寶石作為輸出窗窗片。 其設計方法也較為成熟。 窗片尺寸 工作頻段為 290GHz350GHz，頻率過高，采用傳統(tǒng)的盒型輸出窗，為了獲得匹配，窗片厚度將變得很薄，影響窗片與盒框的封裝，由 分析得采用窗片厚度 1/2 填充介質(zhì)的波導波長的厚窗結(jié)構可以解決這方面的問題。 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 17 一 . 空氣盒子直徑 1. 空氣盒子厚 0mm 2. 空氣盒子厚 3. 空氣盒子厚 4. 空氣盒子厚 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 18 二 . 空氣盒子直徑 1. 空氣盒子厚 0mm 2. 空氣盒子厚 3. 空氣盒子厚 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 19 4. 空氣盒子厚 5. 空氣盒子厚 6. 空氣盒子厚 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 20 三 . 空氣盒子直徑 1. 空氣盒子厚 0mm 2. 空氣盒子厚 3. 空氣盒子厚 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 21 由于常規(guī)盒型窗結(jié)構較 為固定，由以上分析可知需要優(yōu)化的參數(shù) 為圓波導長度。 由上得非常規(guī)輸出窗已知參量： 兩端矩形波導長寬高 ； 窗片厚度： λ1/2 的整數(shù)倍。 得到滿意的窗函數(shù)波形后，再改變圓波導長度，使在要求頻段得到較好的帶寬。 其仿真結(jié)果如下圖所示： 圖 35 l 為 仿真結(jié)果 圖 36 l 為 mm 仿真結(jié)果 第 2 章 盒型輸出窗的理論分析 23 圖 37 l 為 仿真結(jié)果 圖 38 l 為 仿真結(jié)果 圖 39 l 為 仿真結(jié)果