[发明专利]新型超宽频带盒型输出窗

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案为：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。

本发明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，本发明采用类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，本发明具有以下优点：

1.本发明采用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.本发明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.本发明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是本发明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是本发明盒型输出窗类0型圆波导结构示意图。

图5是本发明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是本发明实施例中盒型输出窗实测S参数图。

图7是本发明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