【正文】 最終確定兩個窗的L值都在730–870 。將此輸出窗作為輸出端是為了減小在放大器預設增益線高頻尾端的反饋震蕩。圖1 （a）錐形輸出窗的幾何模型。這種結構的響應帶寬是窄帶的，因此不適應要求傳輸帶寬 10%的寬頻放大器。B=B0。另外還要感謝李亞韋同學，在本論文撰寫期間，一起討論一起請教老師，并給予作者無私的幫助與寶貴的意見，在此特別表示感謝。具體參數(shù)如下：具體參數(shù)：矩形波導長寬高為 ； 窗片半徑 ； 窗片厚度 ； 圓波導長度； 圓波導半徑。由此確定半徑3mm藍寶石窗片輸出窗最優(yōu)模型。同時可以看出其帶寬有展寬的趨勢。因此完全不符合設計要求，為說明這種情況將S21裝換為如圖317所示，波形將更為明顯。熔凝石英有很小的介質損耗、介電常數(shù)小，但介電強度和熱膨脹系數(shù)都很小，并且在高溫下會變軟。造成窗片的溫度局部增高而破損。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。 圖312 圓波導結構微調（，步長） 由上圖可以很明顯的看出，在 為最佳情況。參照常規(guī)輸出窗圓波導優(yōu)化方法。 圖37圓波導半徑優(yōu)化（ ）圖38 圓波導半徑優(yōu)化（ ）由圖3圖38 可見。參考常規(guī)輸出窗的設計過程與分析結果。帶寬為約為，為。其基本示意如圖31所示。取中心頻率，真空中的波長為 窗片中的波長為 所以窗片厚度為 常規(guī)模型窗片直徑等于圓波導直徑。一般常規(guī)輸出窗選擇圓波導的直徑等于矩形波導對角線的長度，即 也可根據(jù)特殊要求經行合適的調節(jié)。（1） 矩形波導和圓波導的等效阻抗。所以采用現(xiàn)有半徑為3mm的藍寶石窗片，設計適合于300GHz傳輸?shù)暮行痛敖Y構并模擬優(yōu)化。微波源是微波系統(tǒng)的核心，也是研究新型輻射機制的主要課題。有的輸出窗為減弱電場在該連續(xù)處的畸變，也有將矩形波導與圓波導之間的夾角設計成大于 ，以減少垂直窗片表面的電場分量的大小，降低輸出窗隨壞幾率。 圓波導矩形波導 圖 11 常規(guī)盒型輸出窗這種盒型輸出窗被微波真空器件廣泛采用，無論是工程設計、工藝技術和窗片材料的制備都相當成熟，對微波真空器件向高功率和高頻率發(fā)展產生了重要作用。高頻輸出窗的形式是多種多樣的，目前普通使用的是盒型窗、陶瓷階梯窗和同軸窗。本文基于盒型輸出窗模型，采用matlab、cst三維計算軟件進行優(yōu)化模擬，分別分析了300GHz330GHz頻段的藍寶石窗片常規(guī)輸出窗與非常規(guī)輸出窗。同軸輸出窗適用于工作波長長的管子，其頻帶寬、工藝簡單，但承受的功率容量不如盒型窗大。輸出窗可以選擇為圓盤狀，即普通盒型輸出窗，也可以是其他形狀，這時窗片的直徑是決定輸出窗性能的重要因素之一。目前，普通盒型輸出窗得到了比較好的應用。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。 圖21 盒型輸出窗等效電路圖 如圖11所示常規(guī)盒型輸出窗是在 單模工作的矩形波導中插入一段 單模傳輸圓波導，再在圓波導中間封接一片圓盤型窗片而構成。（3） 矩形波導與圓波導連接時不連續(xù)處所引入的電納。（3）根據(jù)式（2218）和式（2219）求得介質窗片引入的等效電容 以及矩形波導與圓波導連接處引入的電納 。Matlab程序見附錄一，如圖22即為所畫求解圖。先將 由 以 為步長變化，用CST經行優(yōu)化，主要觀測透射系數(shù) ，其結果如圖32所示。由以上分析可得常規(guī)輸出窗具有很好的透射特性，且結構簡單。為給定條件。雖在波段也有跳變，但繞開了中心頻率。此時可以對進行微調，以達到設計要求。下面來驗證以上確定模型的帶寬是否滿足設計要求。本節(jié)我們將具體分析并設計半徑為3mm的藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗。容性損耗是有介質的離子、分子與微波共振產生。只好采用最為稀疏的網格進行分析，以提高速度。在得到較好效果后再進一步優(yōu)化。圖322 階段3，S21 波形可以明顯看出最優(yōu)波段帶寬進一步展開，衰減也進一步變小。取圓波導半徑，其透射系數(shù)波形如圖328所示。具體猜想為窗片半徑主要影響波形如畸變、波峰、波谷、諧振頻率等；窗片長度則主要影響波形相位如中心頻率等。b=*10^3。 solid black line) HFSS simulation results show optimized window designs based on the measured window thicknesses.Fig. 3 shows the fractional power loss of the input and output windows, calculated from the measured plex Sparameter data asFL=1?Re(S11)2?Im(S11)2?Re(S21)2?Im(S21)2. (1)The baseline fractional loss of the input/output waveguide transitions is approximately 30%. Peaks in the fractional loss are characteristic of resonant “ghost” modes that exist inside the window and have transverse structure similar to a circular waveguide mode but are below the cutoff frequency of the corresponding mode in empty waveguide。加膜窗片是替代錐形輸出窗的更高端潛在毫米波設備，但它的制備可能帶來其他制作工藝方面的挑戰(zhàn)。在140~325GHz頻段的測量是用兩個毫米波鏡片完成的，一個在WR5波段（140~220GHz）一個在WR3波段（220~325GHz）。圖2 (a)輸入窗S21與S22（b）輸出窗S21與S22。但是我們還是不希望同一規(guī)格的窗片介質材料會有所不同。圖4 在優(yōu)化過程中測量出的輸出窗參數(shù)S21通過在兩個端面研磨銅管以調節(jié)圓波導長度L來優(yōu)化窗的響應，為允許優(yōu)化最初焊接較大尺寸的L。用下面B部分所描述的優(yōu)化過程，輸出窗可以做到最優(yōu)化的諧振特性，在20GHz帶寬內得到 20dB的反射效果。輸入和輸出端口是標準WR4波導（ ）。索引詞大功率放大器，毫米波設備，毫米波測量微波電真空器件要想正常傳輸微波，需要輸出窗作為隔離高真空區(qū)域的電子束與管外大氣環(huán)境的分界面。 %矩形波導截止波長TE11bt=2*pi/lmd0。對應改善方法為增加網格數(shù)和在參數(shù)更小數(shù)量級下進行優(yōu)化。圖328 最終模型透射系數(shù)可以看出在頻段附近滿足設計指標，且，很好的滿足要求。經反復計算與猜想，將圓波導長度定為；圓波導半徑定位。圖319 階段1，S21 波形因此可以進一步在其基礎上對圓波導參數(shù)加以微調，將透射效果較好的波段帶寬變寬，并移動其中心頻率。 ，差異點僅為窗片半徑，并且優(yōu)化得到了圓波導的尺寸很好的滿足了設計要求?，F(xiàn)在使用的介質材料最常見的有純度為和的陶瓷，其機械性能好、耐高溫、易加工、氣密性好、損耗小，但導熱性不太好，介電常數(shù)偏大。窗片的冷卻是輸出窗的重大問題。其，很好的滿足設計要求?？傻贸鲈?時波形穩(wěn)定，且窗函數(shù)中心頻率最接近波段中心頻率。但其諧振特性很不穩(wěn)定，頻率稍加變化就停止。需要指出非常規(guī)輸出窗，并非其上一種模型。因而通過改變圓波導直徑、圓波導長度、窗片直徑這三個量來得到較好的透射特性。常規(guī)盒型窗模型參數(shù)全部確定。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。由于常規(guī)輸出窗結構較為固定，參考 ，其設計重點主要為圓波導長度與窗片厚度的確定。 對于高工作頻率，采用傳統(tǒng)的盒型輸出窗，為了獲得匹配，窗片厚度將變的很薄，影響窗片與盒框的封接，采用窗片厚度為 填充介質的波導波長的厚窗結構可以解決這方面的問題。對于兩邊連接不同矩陣的矩形波導的盒型窗，因為頻帶不易做寬，所以除了在特殊要求場合外，很少應用。根據(jù)盒型窗等效電路，運用Matlab計算軟件編程，計算出常規(guī)盒型輸出窗模型參量指標。而國內的輸出窗的峰值功率可達，其平均功率一般在十幾千瓦。3. 窗片材料的選用。此外在結構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。 20 20 22 23 25 26 藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗設計 28 28 30 37第4章 結束語 39參考文獻 40致謝 41附錄 42附錄一：常規(guī)輸出窗圓波導長度求解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，在當今信息時代占有極其重要的地位。 finally, the optimal theoretical model parameters is obtained. And, Using actual radius of 3 mm sapphire window, design the window for 300GHz and simulate the consequence.Key Words: Box Type Window, Output Window Of THz, Irregular Type Window.目錄目錄第一章 引言 1 課題背景 1 盒型輸出窗研究現(xiàn)狀 2 研究輸出窗的目的和意義 4 課題的內容 4第2章 盒型輸出窗的理論分析 6 引言 6 常規(guī)盒型輸出窗等效電路理論分析 6 11 13 14第3章 盒型輸出窗的模擬計算與分析 17 17 CST模型優(yōu)化 18 結果分析討論 19。 盒型輸出窗研究現(xiàn)狀盒型窗與其他形式的微波窗相比，結構簡單，功率容量大，工藝上易于實現(xiàn)，同時具有較寬的帶寬。輸出窗的窗片也可以為球冠狀、圓錐形或其他形狀，它的結構如何選取主要決定于輸出微波功率、頻率、頻帶寬度和匹配性能。目前，國外輸出窗的峰值功率可達到 ，平均功率可達上百千瓦。主要內容包括以下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構。其輸入和輸出的關系可用傳輸矩陣 表示為 式中： 其中： 為圓波導的特性阻抗和兩端矩形波導的特性阻抗之比； 為圓波導的特性阻抗； 和 為輸入和輸出的矩形波導的特性阻抗； 和 分別為輸入和輸出矩形波導的寬邊和窄邊的尺寸；為兩端矩形波導與圓波導轉換處所引入的不連續(xù)電納的歸一化值； 為介質中所引起的容性電納的歸一化值； 為以窗片厚度的中心為界兩邊的圓波導段的長度； 為圓波導中波的傳播傳播常數(shù)（ ）； 圓波導 摸的截止波長。由公式（228）可得出反射系數(shù) 駐波比為 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，還需加工實驗模型，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。 常規(guī)對稱盒型輸出窗的參數(shù)有：矩形波導尺寸； 窗片厚度 ，直徑； 圓波導直徑D，厚度。藍寶石 是一種高密度的介質材料，在毫米波段且具有低損耗特點。所以取圓波導長度為。良導體背景矩形波導圓波導窗片 圖36非常規(guī)盒型輸出窗示意圖 頻帶要求范圍為，由于頻率過高，仍然采用后窗結構，窗片厚度保持不變。從而由此指導實際工程這種非常規(guī)輸出窗的設計。由于盒型輸出窗結構的限制，使得輸出窗在某些頻率處出現(xiàn)諧振，從而導致在頻率處反射系數(shù)非常大。但在時波型在低頻出波動較大，性質不穩(wěn)定。圖315 最終模型透射系數(shù) 觀察上圖可得在頻段 時滿足技術指標。在高頻場的直接照射下，介質片會因高頻損耗而產生大量熱量。要完全符合輸出窗用介質材料的上述要求是十分困難的。下面開始具體分析。如圖319將其S21用波特圖表示效果更佳明顯。下一步工作主要目的為移除中心頻率附近處波谷，所以可通過改變圓波導半徑加以實現(xiàn)。 為說明此種最優(yōu)模型確實可行，并滿足設計技術指標，將圖325最優(yōu)模型波特圖放大，取其部分并計算其帶寬，其結果如圖328所示。造成原因可能是網格太稀疏，出現(xiàn)計算誤差，也可能是模型參數(shù)不夠精確。 %矩形波導截止波長；lmd2=*d/2。在218GHz出現(xiàn)100%功率傳輸。 圖1顯示這種窗的裝置示意圖。通過包括三位電磁仿真結果（基于HFSS）的對比，在給定窗片厚度t的情況下通過調節(jié)圓波