[发明专利]一种宽带同轴窗的设计方法

权利要求书

1.一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据微波窗的工作频率范围与功率容量确定同轴线内导体半径a与同轴线外导体内半径b；

S2、选择陶瓷窗片的材料、窗片厚度t，并根据单模传输条件选择陶瓷窗片两侧间隙半径c；

S3、利用微波网络理论判断步骤S2选择的陶瓷窗片的相对介电常数ε_r′、窗片厚度t、陶瓷窗片两侧的间隙半径c是否满足匹配条件；

若满足，则进入步骤S4；

若不满足，则返回步骤S2；

S4、利用微波网络理论确定间隙厚度L；

S5、利用微波网络理论判断宽带同轴窗的传输特性是否满足初始设计的要求：即驻波系数小于1.2，反射系数小于-10dB；

若满足，则进入步骤S6；

若不满足，则返回步骤S2；

S6、利用三维电磁模拟软件对设计的典型宽带同轴窗进行建模与仿真，并对陶瓷窗片两侧间隙半径c与间隙厚度L在小范围内进行扫描与优化，得到满足性能要求的宽带同轴窗。

2.如权利要求1所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，对于陶瓷窗片外半径d大于间隙半径c的同轴窗，按照步骤S1到步骤S6设计宽带同轴窗之后，按照封接强度和气密性要求，选择陶瓷窗片外半径d，利用三维电磁模拟软件小范围内优化陶瓷窗片两侧间隙半径c与间隙厚度L，即可得到满足性能要求的宽带同轴窗。

3.如权利要求1所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S1中同轴线的内外半径a、b对应的特性阻抗为50欧姆。

4.如权利要求1所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中陶瓷窗片的厚度小于电磁波在陶瓷窗片中传播的导波波长的十分之一。

5.如权利要求1所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中根据单模传输条件选择陶瓷窗片两侧间隙半径c的取值范围为为最高频率对应的波长。

6.如权利要求1所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S3中陶瓷窗片的相对介电常数ε_r′、窗片厚度t、陶瓷窗片两侧的间隙半径c的匹配条件为：

其中：

β₁为陶瓷窗片中TEM模的纵向相位常数，jB₁是同轴线与间隙外半径突变引入的附加电纳相对于同轴线特性阻抗Z₀的归一化电纳，j为虚数单位，B₁为归一化电纳的模，为间隙与同轴线的特性阻抗之比，为陶瓷窗片与间隙的特性阻抗之比。

7.如权利要求6所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中间隙厚度L的取值满足：Y tan²(βL)-2X tan(βL)+Z＝0；

其中，β为间隙中TEM模的纵向相位常数，为频率的函数。

8.如权利要求7所述的一种宽带同轴窗的设计方法，其特征在于，所述步骤S5中宽带同轴窗的传输特性由驻波频率特性和反射频率特性来描述，驻波频率特性由驻波系数ρ表征，其计算公式为：

式中入射功率P₁与输出功率P₂之比P_l的值为：

其中，

反射频率特性由反射系数|Γ|表征，其计算公式为：

判断驻波系数是否小于1.2，反射系数是否小于-10dB。