Ku波段高功率紧凑型微波输出窗的研究

摘要

微波输出窗是高功率微波系统的重要组成部分，它扮演着十分重要的角色。微波输出窗既要具备高密封性能，能承受真空与大气之间的压力，也要具有较高的功率容量。高功率微波系统正朝着高功率和紧凑化方向发展，这对应用于高功率微波系统的微波输出窗提出了更高要求。国内外研究机构都对微波输出窗开展了各方面的研究，并取得了一定的进展。
　　现有的输出窗形式较多，且部分技术也较为成熟，但在高功率微波系统的一些特殊需求下，例如高功率微波辐射领域，系统往往对输出窗的功率容量以及紧凑化提出了双重要求。因此，本文拟探索新型高功率紧凑型微波输出窗，以满足高功率微波辐射系统的需求。
　　本文首先对微波输出窗的分类做了简单介绍，选择采用在圆波导下进行密封的输出窗。盒型窗作为圆波导下密封的输出窗基本结构，具有结构简单、功率容量较大、技术成熟、结构紧凑等优点。因此本文以盒型窗作为研究基础，通过等效电路法和数值模拟相结合的方法对Ku波段盒型窗进行了研究与设计。
　　其次，针对功率容量的提升需求，提出扩大中间圆波导直径的方案，并结合输出窗前后端的微波系统连接需求，采用方波导输入、圆波导输出的输出窗结构，同时设计了一种紧凑型方圆转换器。通过耦合波理论分析，设计了圆波导过渡段，并在此基础上设计了Ku波段高功率微波输出窗。随后，对输出窗进行紧凑化改进，考虑介质实际加工密封性要求及三相点对窗表面场强的影响后，对模型进行了改进和优化，采用中间双凸起的窗片结构，并对窗片表面进行刻槽处理，进一步提高了紧凑化后的输出窗功率容量。
　　最后基于以上研究设计，对高功率紧凑型输出窗进行了结构设计与加工试制，测试得到了微波输出窗的驻波比与插入损耗，实验结果表明该窗在12.4-12.65GHz内，S11均小于0.1,插入损耗在整个频带内小于0.2dB，设计功率容量达到7.6MW，初步验证了高功率紧凑型输出窗的可行性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的意义

1．1．1 高功率微波及其系统

1．1．2 输出窗在高功率微波系统的应用需求简介

1．2 输出窗的分类及研究现状

1．2．1 输出窗的分类

1．2．2 输出窗的研究现状

1．1．3 微波输出窗在高功率条件下的损坏及抑制方法

1．3 本论文主要工作及主要内容

第2章 盒型输出窗的研究

2．1 盒型输出窗概述

2．2 盒型输出窗的理论研究方法

2．2．1 等效电路法

2．2．2 场匹配法

2．3 盒型输出窗的设计

2．3．1 设计方法

2．3．2 盒型输出窗的模型建立及仿真

2．3．3 半波长盒型输出窗的设计计算与仿真

2．3．4 功率容量计算

2．4 本章小结

第3章 输出窗的高功率容量设计

3．1 高功率微波输出窗的设计考虑

3．2 方波导-圆波导转换器的设计

3．3 圆波导过渡器的理论研究

3．3．1 耦合波方程组

3．3．2 主模为TE11模的耦合波方程组

3．4 高功率微波输出窗的设计与仿真

3．4．1 渐变段设计

3．4．2 窗片厚度设计

3．4．3 整体设计与仿真

3．5 高功率微波输出窗的仿真性能分析

3．6 本章小结

第4章 高功率输出窗的紧凑化设计

4．1 高功率紧凑型输出窗的基本原理

4．2 高功率紧凑型输出窗的仿真设计

4．3 介质输出窗及其密封结构的改进设计

4．3．1 窗片密封结构的设计

4．3．2 介质材料的刻槽处理

4．4 本章小结

第5章 高功率紧凑型介质输出窗的实验研究

5．1 加工方案设计

5．2 高功率紧凑型介质输出窗的实验设计

5．3 输出窗冷测实验及结果

5．4 本章小结

总结及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文