【正文】 翻譯文稿。但是我們還是不希望同一規(guī)格的窗片介質(zhì)材料會(huì)有所不同。發(fā)現(xiàn)有必要將圓波導(dǎo)長(zhǎng)度誤差控制在≤ 10 μm。3．總結(jié)本文簡(jiǎn)要介紹了在210–235 ，錐形輸出窗的參數(shù)測(cè)定。相比最初的模型，通過(guò)優(yōu)化這種輸出窗擴(kuò)展了15GHz的帶寬，并且在所在頻段內(nèi)將反射系數(shù)改善了15dB。圖4顯示了測(cè)量改變過(guò)程，輸出窗S11的優(yōu)化過(guò)程。圖4 在優(yōu)化過(guò)程中測(cè)量出的輸出窗參數(shù)S21通過(guò)在兩個(gè)端面研磨銅管以調(diào)節(jié)圓波導(dǎo)長(zhǎng)度L來(lái)優(yōu)化窗的響應(yīng)，為允許優(yōu)化最初焊接較大尺寸的L。，218GHz，100%工作效率下測(cè)試輸出窗幾分鐘。圖3 （a）輸入窗口的功率損耗（b）輸出窗口的功率損耗。圖2 (a)輸入窗S21與S22（b）輸出窗S21與S22。鬼模共振的出現(xiàn)與例如窗片的失調(diào)或傾斜錯(cuò)位等擾動(dòng)有關(guān)，窗片邊緣金屬和焊接的不均勻，或者不均勻的介質(zhì)材料都可能激起傳導(dǎo)模式的畸變。圖3表示從測(cè)量出的復(fù)雜的S參數(shù)通過(guò)計(jì)算得到輸入輸出窗口的部分功率損耗，公式如下:FL=1?Re(S11)2?Im(S11)2?Re(S21)2?Im(S21)2. (1)輸入輸出波導(dǎo)過(guò)渡帶的基本損耗大約為30%。輸出端口的帶寬約為10GHz，比輸入端口稍微寬點(diǎn)。 5μm、 t = 275 177。用下面B部分所描述的優(yōu)化過(guò)程，輸出窗可以做到最優(yōu)化的諧振特性，在20GHz帶寬內(nèi)得到 20dB的反射效果。如圖2所示用輸出窗的S11和S21的波動(dòng)來(lái)選擇行波管的輸入輸出端口。在整個(gè)帶寬中，波導(dǎo)和過(guò)渡段的整個(gè)插入損耗。在140~325GHz頻段的測(cè)量是用兩個(gè)毫米波鏡片完成的，一個(gè)在WR5波段（140~220GHz）一個(gè)在WR3波段（220~325GHz）。（b）用顯微鏡觀察到的50倍放大焊接窗片。矩形波導(dǎo)TE10模到圓波導(dǎo)TE11模之間的錐形過(guò)渡帶。氧化鈹窗片的性能如表1所示。這個(gè)輸出窗由一個(gè)邊緣金屬化的氧化鈹陶瓷窗片焊接在一段銅管上構(gòu)成。輸入和輸出端口是標(biāo)準(zhǔn)WR4波導(dǎo)（ ）。從而提出了這項(xiàng)延伸工作。必要的制造誤差是通過(guò)在冷測(cè)試中精確調(diào)整錐形窗結(jié)構(gòu)得到的。加膜窗片是替代錐形輸出窗的更高端潛在毫米波設(shè)備，但它的制備可能帶來(lái)其他制作工藝方面的挑戰(zhàn)。有數(shù)據(jù)顯示具有半波諧振匹配輸出窗和錐形輸出窗的毫米波設(shè)備已經(jīng)被應(yīng)用到W頻段（75~110GHz）。一個(gè)良好的阻抗匹配寬帶設(shè)備可以通過(guò)設(shè)計(jì)一種特殊窗口即圓錐形陶瓷微波輸出窗來(lái)得到，這種輸出窗由從矩形波導(dǎo)到圓波導(dǎo)的一段過(guò)渡和半波諧振匹配窗片構(gòu)成。當(dāng)導(dǎo)波波長(zhǎng)等于兩倍窗片厚度時(shí)，這時(shí)此諧振匹配的輸出窗允許進(jìn)入的毫米波以低反射通過(guò)。對(duì)與毫米波放大器如行波管，為了在整個(gè)工作頻段防止反饋振蕩，在輸出窗輸出口和輸入口保持足夠低的反射是很必要的。索引詞大功率放大器，毫米波設(shè)備，毫米波測(cè)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。觀測(cè)到當(dāng)圓波導(dǎo)長(zhǎng)度改變窗的輸出波形也相應(yīng)改變。 we observed a 10GHz shift in the window pass band for a 20μm difference in thickness, as predicted in simulation. While we did not measure the dielectric constant of the BeO to verify the specified value of ε = , we do not expect variation between the windows because they came from the same material stock. These results demonstrate a successful method for fabricating broadband windows for upper mmW vacuum electron devices.翻譯文稿. 翻譯文稿220GHz行波管放大器輸出窗設(shè)計(jì)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)研究員Takuj Kimura,Edward L. Wright, Jeffrey P. Calame，副研究員Alan M. Cook，Colin D. Joye摘要本文介紹氧化鈹陶瓷材料220GHz行波管放大器錐型窗的電磁冷腔測(cè)試參數(shù)。 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。 5μm and t = 275 177。D=BC%pretty(D)D=subs(D,l,x)。C=subs(C0,B1,B0)。t=lmd0/sqrt(mur)/2syms l B1 xB0=2*g*sin(bt*l)*cos(bt*l)。 %矩形波導(dǎo)截止波長(zhǎng)TE11bt=2*pi/lmd0。 %波長(zhǎng)d=sqrt(a^2+b^2) %圓波導(dǎo)直徑lmd1=2*a。 %中心頻率mur=9。b=*10^3。 % 自由空間磁導(dǎo)率eps0=。附錄附錄附錄一：常規(guī)輸出窗圓波導(dǎo)長(zhǎng)度求解Matlab程序clcclearc=3e8。作者衷心地向?qū)煴硎靖兄x。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王瑞敏. 一種圓錐形陶瓷微波輸出窗的模擬分析[D].北京:中國(guó)科學(xué)院,2005..5~8[2][D].成都:電子科技大學(xué),~11[3] 電子管設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì). 大功率速調(diào)管設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,~173[[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,~388[5]彭洋. 具有截止圓波導(dǎo)的盒型窗的研究[D].成都:電子科技大學(xué), ~12[6][R].北京：北京真空電子技術(shù)研究所,2006[7]錢(qián)麗君,等. 一種寬頻帶毫米圓波導(dǎo)輸出窗的研究[R].北京：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十二研究所,2008[8][D].成都,電子科技大學(xué),~15[9][J], 機(jī)電部12所第十四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,1991,219.[10 ][J],電子學(xué)通訊，1982,16(7):112~114參考文獻(xiàn)致謝本論文是在導(dǎo)師張開(kāi)春研究員的悉心指導(dǎo)與關(guān)切下完成的，每一部分工作都離不開(kāi)導(dǎo)師的幫助。對(duì)應(yīng)改善方法為增加網(wǎng)格數(shù)和在參數(shù)更小數(shù)量級(jí)下進(jìn)行優(yōu)化。這是設(shè)計(jì)所不愿看到的。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系式與猜想正確性需進(jìn)一步研究得到。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(zhǎng)度則主要影響波形相位如中心頻率等。并且設(shè)計(jì)結(jié)果很好的滿足了所要求技術(shù)指標(biāo)。第4章 結(jié)束語(yǔ) 本文通過(guò)在所在頻段展寬帶寬、減小衰減，以基模透射系數(shù)為主要參考量出發(fā)。綜上分析得出所在頻段半徑為藍(lán)寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗的最佳模型?？梢酝ㄟ^(guò)增加網(wǎng)格加以進(jìn)一步優(yōu)化，但增加網(wǎng)格勢(shì)必會(huì)增加優(yōu)化時(shí)間，影響優(yōu)化工作進(jìn)度。圖328 最終模型透射系數(shù)可以看出在頻段附近滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，且，很好的滿足要求。綜上所述，可以確定圓波導(dǎo)參數(shù)半徑取，長(zhǎng)度取為最優(yōu)模型。取圓波導(dǎo)半徑，其透射系數(shù)波形如圖327所示。取圓波導(dǎo)半徑，其透射系數(shù)波形如圖328所示。在最優(yōu)結(jié)構(gòu)附近改變圓波導(dǎo)半徑，觀察其波形效果。需要指出以上結(jié)果是經(jīng)反復(fù)猜想比對(duì)所得，并非直接計(jì)算所得，本節(jié)設(shè)計(jì)主要方法為實(shí)驗(yàn)法。圖325 階段4，S21 波形由上圖對(duì)比圖3圖324。圖324 階段4，S21 波形很明顯，波形更佳平滑平坦，在中心頻率處衰減也更小。經(jīng)反復(fù)計(jì)算與猜想，將圓波導(dǎo)長(zhǎng)度定為；圓波導(dǎo)半徑定位。而圓波導(dǎo)的半徑則主要影響波形，影響其諧振的頻率值。求其波特圖如圖323所示。圖322 階段3，S21 波形可以明顯看出最優(yōu)波段帶寬進(jìn)一步展開(kāi)，衰減也進(jìn)一步變小。所以需進(jìn)一步優(yōu)化。為便于觀察取其波特圖如圖321所示。需要進(jìn)一步優(yōu)化。下圖320為圓波導(dǎo)長(zhǎng)度；圓波導(dǎo)半徑的透視系數(shù)線性波形。圖319 階段1，S21 波形因此可以進(jìn)一步在其基礎(chǔ)上對(duì)圓波導(dǎo)參數(shù)加以微調(diào)，將透射效果較好的波段帶寬變寬，并移動(dòng)其中心頻率。圖318 階段1，S21波形由上圖可見(jiàn)雖然波動(dòng)較大，波形波谷分為不同的區(qū)間，且在中心頻率處衰減過(guò)大，但可以發(fā)現(xiàn)其波形在某些波段波形還是比較平滑，且透射效果也比較好。經(jīng)反復(fù)計(jì)算僅挑出以下具有階段性效果的圖進(jìn)行說(shuō)明。在得到較好效果后再進(jìn)一步優(yōu)化。圖317 套用模型S21波形 由于本模型網(wǎng)格過(guò)多，用CST采用常用的逐漸改變某一參數(shù)數(shù)值，經(jīng)行優(yōu)化，計(jì)算速度將非常緩慢，優(yōu)化過(guò)程將更加緩慢。因此由于窗片半徑的變化，完全不能解決問(wèn)題。但在中心頻率處由于衰減過(guò)大，高頻時(shí)波形顯得雜亂無(wú)章。并用CST建模得到透射系數(shù)S21在要求頻段波形如圖316所示。 ，差異點(diǎn)僅為窗片半徑，并且優(yōu)化得到了圓波導(dǎo)的尺寸很好的滿足了設(shè)計(jì)要求。未知參量為：圓波導(dǎo)直徑；圓波導(dǎo)長(zhǎng)度。，此結(jié)構(gòu)主要分析參數(shù)也為圓波導(dǎo)直徑與長(zhǎng)度。只好采用最為稀疏的網(wǎng)格進(jìn)行分析，以提高速度。綜上本設(shè)計(jì)采用藍(lán)寶石作為輸出窗窗片 有上分析可見(jiàn)，由于采用藍(lán)寶石作為窗片，且窗片直徑遠(yuǎn)大于矩形波導(dǎo)，使盒型輸出窗的結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，從而等效電路也發(fā)生變化。藍(lán)寶石（單晶）介質(zhì)損耗很小，機(jī)械強(qiáng)度高，可以加工成厚的高精度氣密薄片，密度大，無(wú)空隙和晶界玻璃物質(zhì)，顯微結(jié)構(gòu)均勻致密，因此在高功率電平下不易產(chǎn)生熔融擊穿，使用溫度高，可以承受焊接與真空排氣時(shí)的高溫。氧化鎂、陶瓷抗張強(qiáng)度低；溫度升高，損耗增大太快。氧化硼導(dǎo)熱性能好，但其硬度高，不易加工，且價(jià)格昂貴?，F(xiàn)在使用的介質(zhì)材料最常見(jiàn)的有純度為和的陶瓷，其機(jī)械性能好、耐高溫、易加工、氣密性好、損耗小，但導(dǎo)熱性不太好，介電常數(shù)偏大?？偟膩?lái)說(shuō)，輸出窗的介質(zhì)材料要求苛刻。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。容性損耗是有介質(zhì)的離子、分子與微波共振產(chǎn)生。在窗片與波導(dǎo)焊接處歐姆電阻較大的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的傳導(dǎo)損耗。介質(zhì)材料在高頻場(chǎng)中，一般有傳導(dǎo)損耗和容性損耗。當(dāng)它超過(guò)一定的限度時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)使窗片破裂，電子直接打在窗片上產(chǎn)生的二次電子發(fā)射，有時(shí)甚至形成電子倍增效應(yīng)。場(chǎng)的不均勻性導(dǎo)致熱效應(yīng)的不均勻。窗片的冷卻是輸出窗的重大問(wèn)題。它的引入會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：波導(dǎo)的不均勻使電磁波發(fā)生散射，限制了輸出窗的功率容限和帶寬。介質(zhì)材料的好壞、窗片的大小、焊接工藝等直接影響輸出窗的工作性能和使用壽命。本節(jié)我們將具體分析并設(shè)計(jì)半徑為3mm的藍(lán)寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗。以上分析僅證明了這種非常規(guī)盒型輸出窗的可行性。在高頻率、高功率并要求緊密封裝要求下，常規(guī)的盒型輸出窗已經(jīng)不能滿足工程要求。如速調(diào)管的輸出窗，駐波加速管的輸出窗等。證明了其確實(shí)可行。其，很好的滿足設(shè)計(jì)要求。為確定帶寬將圖316放大取 部分，得圖315。圖313 最終模型透射系數(shù)S21圖314 最終模型透射系數(shù) 可以很清楚的觀察到在 頻段，所確定的結(jié)構(gòu)波形與常規(guī)模型模型非常相似。下面來(lái)驗(yàn)證以上確定模型的帶寬是否滿足設(shè)計(jì)要求。即為：具體參數(shù)：矩形波導(dǎo)長(zhǎng)寬高為 ； 窗片直徑 ； 窗片厚度 ； 圓波導(dǎo)長(zhǎng)度； 圓波導(dǎo)直徑。除此之外，要么波形很不穩(wěn)定，出現(xiàn)跳變明顯；要么帶寬過(guò)小，不滿足設(shè)計(jì)要求。為證明此結(jié)構(gòu)確實(shí)為最好結(jié)果，現(xiàn)在反過(guò)來(lái)，將長(zhǎng)度定位，微調(diào)圓波導(dǎo)半徑，在 范圍內(nèi)以步長(zhǎng) 最微調(diào)驗(yàn)證，其結(jié)果如圖312所示。 由以上分析可得出非常規(guī)輸出窗基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，得出主要優(yōu)化參數(shù)圓波導(dǎo)半徑，長(zhǎng)度。可得出在 時(shí)波形穩(wěn)定，且窗函數(shù)中心頻率最接近波段中心頻率。窗函數(shù)中心頻率逐漸向低頻移動(dòng)。其效果如圖3圖311所示。此時(shí)可以對(duì)進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖39 圓波導(dǎo)長(zhǎng)度優(yōu)化（，步長(zhǎng)）可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，在時(shí)波形最為平坦，且?guī)捿^寬。將圓波導(dǎo)半徑定為，圓波導(dǎo)長(zhǎng)度在范圍內(nèi)以步長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化。 由以上分析可得，整個(gè)輸出窗參數(shù)，除圓波導(dǎo)長(zhǎng)度未定外，其余參數(shù)全部確定。但這種情況是我們說(shuō)不愿看到的，我們可以通過(guò)改變圓波導(dǎo)的直徑與長(zhǎng)度，使其諧振頻率繞開(kāi)要求所在頻段。