新型超宽频带盒型输出窗制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种新型超宽频带盒型输出窗，用于克服现有盒型输出窗相对工作带宽窄的问题。该超宽频盒型输出窗，包括矩形波导、圆波导及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导圆截面的正中间；其特征在于，所述圆波导为类0型圆波导，其长度为0.25λ、λ为TE11波导波长。本发明专利技术超宽频带盒型输出窗采用TE11和TM11的混合模式传输，有效扩宽其工作带宽至45％，并且有效避免其中心频点发生漂移；类0型圆波导有效提高了传输模式纯度，进一步优化了盒型输出窗传输特性参数。该盒型输出窗结构紧凑、气密性良好、具有较大的功率容量，在一定加工误差下仍然具有良好的传输性能，降低了加工难度。

【技术实现步骤摘要】
新型超宽频带盒型输出窗
本专利技术属于微波电真空器件领域，涉及一种用于微波真空管的输出装置，具体为一种新型超宽频带盒型输出窗。
技术介绍
微波电真空器件是将在真空中的运动的电子所携带的能量转换成微波能量的器件。电子枪产生电子注，电子注在真空环境下与高频场相互作用，将电子动能转化成高频能量。为了确保器件的真空环境，必须使用窗片实现外部大气环境与微波管内高真空状态之间的隔离。大功率输出窗是大功率微波电真空器件、加速器和其他大功率微波电子系统的关键部件，其好坏往往决定微波器件研制的成败。大功率输出窗有多种形式，目前广泛使用的微波输出窗有盒型窗、矩形窗、阶梯窗、同轴窗、多窗片窗等。目前，大功率微波电真空器件，特别是宽频带电真空器件中使用最普遍的是工作于圆TE11模式的盒型输出窗。传统盒型输出窗结构如图1所示，包括矩形波导、圆波导及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导截面的正中间。由于窗片与真空介电常数的差异，传统盒型窗使用TE11单模传输，难以获得宽频带的传输特性，其相对带宽一般只有20％～30％；同时，当工作频率增高时，窗片的厚度变得很薄，导致盒型输出窗所能承受的功率容量降低，并且会造成中心频率发生漂移。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型超宽频带盒型输出窗，用于克服现有盒型输出窗相对工作带宽窄的问题。该盒型输出窗采用TE11和TM11的混合模式传输，有效扩宽其工作带宽至45％，并且有效避免其中心频点发生漂移。本专利技术的技术方案为：新型超宽频带盒型输出窗，包括矩形波导、圆波导及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导圆截面的正中间；其特征在于，所述圆波导为类0型圆波导，其长度为0.25λ、λ为TE11波导波长。进一步的，所述类0型圆波导的短轴长度等于矩形波导矩形截面的长。更进一步的，所述类0型圆波导为椭圆波导。优选的，所述圆形介质窗片为蓝宝石圆形介质窗片。本专利技术提供的新型超宽频带盒型输出窗，其结构中压缩圆波导长度为0.25λ(λ为TE11波导波长)，在TE11传输模式外引入TM11传输模式，实现TE11和TM11的混合模式传输，有效扩宽其工作频带宽度；并且两种模式总的中心频点处于更加合理的位置，有效避免中心频点的漂移。但是TM11传输模式的引入不可避免地会引入更多的高次杂模，本专利技术采用类0型圆波导，在不干扰传输模式的场分布的结构的情况下同时破坏高次模式的场分布，使盒型输出窗具有良好的传输特性参数。综上，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术采用TE11和TM11的混合模式传输，拓宽了高频带宽，满足40％的相对带宽内的传输系数s21≥0.18dB与反射系数的应用需求；2.本专利技术的盒型输出窗采用类0型圆波导，有效提高了传输模式纯度，进一步优化了盒型输出窗传输特性参数。3.本专利技术的盒型输出窗结构紧凑、气密性良好、具有较大的功率容量，在一定加工误差下仍然具有良好的传输性能，降低了加工难度。附图说明图1是传统盒型输出窗结构示意图，其中1为矩形波导、2为圆形介质窗片、3为圆波导。图2是传统盒型输出窗的圆波导结构示意图。图3是本专利技术盒型输出窗结构示意图，其中1为矩形波导、2为蓝宝石圆形介质窗片、3为类0型圆波导。图4是本专利技术盒型输出窗类0型圆波导结构示意图。图5是本专利技术盒型输出窗矩形波导与类0型圆波导连接处截面示意图。图6是本专利技术实施例中盒型输出窗实测S参数图。图7是本专利技术实施例中盒型输出窗各个频率点的最大电场值示意图。具体实施方式为了方便说明，在此只采用了36～52GHz盒型输出窗对本专利技术的新型超宽带盒型输出窗结构进行详细说明，但是，本专利技术的保护范围不局限于此，基于本专利技术的其他频段，其他混合模式传输以及任何熟悉该技术的人在本专利技术揭露的技术范围内，可以想到的变化或者替换，都应该涵盖在本专利技术的包含范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。传统的盒型输出窗结构如图1所示，该结构包含了矩形波导1、圆波导3以及介质窗片2；其中矩形波导一般选用标准矩形波导BJ400或者BJ200；采用半径为3.2mm、长度为2.35mm的标准圆波导，如图2所示；介质窗片使用蓝宝石材料制作而成，且其厚度为0.2mm、半径为4mm(略大于与之相连的圆波导的半径以便于焊接)。这种传统的盒型窗采用单模传输：常见的盒型窗的矩形波导中的TE10模式耦合出圆波导中TE11模式，TE11经过窗片，在另一个圆波导与矩形波导连接处再次转化为TE10模式，完成电磁波在盒型窗中的传输过程。采用这一方式在保证窗片的厚度满足加工以及使用强度情况下的有效带宽为20％～30％。本实施例提供的新型超宽频带盒型输出窗，其结构如图3所示，包括矩形波导1、圆波导3及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片2，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导圆截面的正中间；其特征在于，所述圆波导为类0型圆波导，其长度为0.25λ、λ为TE11波导波长。其中，圆形介质窗片1为热传导率为23.1W/m*C，热形变系数为8e-006M/C，杨氏模量为690000000000N/m2的蓝宝石圆形介质窗片，其半径为4.1mm，厚度为0.21mm；矩形波导采用标准矩形波导BJ400；类0型圆波导由高纯度无氧铜制成，波导长度为1.06mm；类0型圆波导长轴为3.2mm，类0型圆波导短轴长度等于矩形波导矩形截面的长、并位于矩形截面与长相平行的对称轴上；矩形波导与类0型圆波导连接处截面示意图如图5所示。蓝宝石介质窗片的半径略大于圆波导半径的部分是为了方便焊接蒙乃尔环。本实施例将圆波导的长度从2.4mm压缩到1.2mm，使得矩形波导的TE11模式在传输频带的高端能在圆波导耦合出TM11传输模式，完成电磁波在盒型输出窗圆波导段的传输，扩展了盒型输出窗的传输带宽。但是这样的改变会使得传输频段低端在盒型窗中引入不期望的其他高频振荡模式，它们的存在会影响盒型窗的传播特性参数并且干扰盒型窗的正常工作，因此需要消除。本专利技术采用了如图4所示的类0型圆波导，在对传输模式TE11和TM11影响很小的情况下极大地抑制了高次杂模，保证了盒型输出窗在全传输频段具有良好的传输特性参数。本实施例中提供的新型超宽频带盒型输出窗，在36GHz-46GHz频段以TE11模式为传输模式，在46GHz～50GHz，采用TE11和TM11的混合模式为传输模式，而TM11模式为50～52GHz时的传输主模。如图6所示为混合模式传输的S参数测试结果图，盒型窗在36～52GHz的频段范围内的反射系数S11均能小于-18dB，拓宽了盒型输出窗的高频带宽，优化了传输特性。为了保证本专利技术所设计的混合模式输出窗能有效进行大功率微波传输并具有一定的可靠性，下面对新型盒型窗进行功率容量分析和热分析。工程应用中，窗片的厚度是一个重要的指标。因为窗片厚度若过薄，窗片可能会因承受不了过大的热应力而被击穿或炸裂；而过厚，又会极大地增加反射。以传输功率10KW为例，对盒型窗的功率容量进行分析。相对于单模传输的盒型窗，本实施例由于通过压缩圆波导的长度引入混合模式传输，所以可能会存在混合模式的电场超过了空气的击穿电压30KV/cm的情况。为了保证所设计的盒本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型超宽频带盒型输出窗，包括矩形波导、圆波导及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导圆截面的正中间；其特征在于，所述圆波导为类0型圆波导，其长度为0.25λ、λ为TE11波导波长。

【技术特征摘要】
1.新型超宽频带盒型输出窗，包括矩形波导、圆波导及密封焊接于圆波导中间的圆形介质窗片，其中圆波导两端分别连接矩形波导、矩形波导连接于圆波导圆截面的正中间；其特征在于，所述圆波导为类0型圆波导，其长度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王建勋，郑源，罗勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51