一种速调管用微波输出窗及其设计方法与流程

本发明涉及微波真空电子。更具体地，涉及一种速调管用微波输出窗及其设计方法。

背景技术：

1、微波输出窗是电磁波传输结构中的重要部件，常用于速调管、行波管、磁控管等大功率微波电真空器件，以及雷达、等离子体加热装置等大功率微波系统。密封窗的主要作用：一是起到气体密封或者真空密封的作用，二是以尽可能低的损耗传输微波功率，实现功率的稳定传输。

2、盒形窗是微波真空器件中最常见的高功率输出窗结构。高功率微波输出系统是复杂的传输系统，为了满足功率模块化的应用需求，在有限的空间内，它不仅要改变传输的方向，还要满足尽可能低的传输损耗性能。为了便于速调管在功率模块中的应用，对速调管的小型化提出了更高的要求，而速调管小型化的一个技术难点就在于微波输出窗的小型化设计，需要在有限空间内满足尽可能低的传输损耗性能。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的一个目的在于提供一种能够解决速调管输出系统体积大影响速调管模块化应用的问题的速调管用微波输出窗。

2、本发明的另一个目的在于提供一种上述微波输出窗的设计方法。

3、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

4、根据本发明的一个方面，提供一种速调管用微波输出窗，包括：

5、圆形波导；

6、分别结合固定于所述圆形波导的输入端和输出端的第一矩形波导和第二矩形波导；以及

7、封装于所述圆形波导内与所述圆形波导同轴设置的介质片，所述介质片的外径等于所述圆形波导的内径，将所述圆形波导的内腔分隔为第一密封腔和第二密封腔；

8、所述第一矩形波导远离所述圆形波导的一端气密结合于速调管输出谐振腔的输出端；

9、所述第一矩形波导与所述第一密封腔连通，所述第二矩形波导和所述第二密封腔连通，所述第一矩形波导的横截面的面积小于所述第二矩形波导的横截面的面积。

10、此外，可选的方案是，所述第一矩形波导的横截面的长度为所述第二矩形波导的横截面的长度的0.75～0.8倍。

11、此外，可选的方案是，所述第一矩形波导的横截面的宽度为所述第二矩形波导的横截面的宽度的0.2～0.4倍。

12、此外，可选的方案是，所述第一矩形波导在所述圆形波导轴向方向上的长度为速调管输出谐振腔所传输微波信号波长的四分之一。

13、此外，可选的方案是，所述第一密封腔在轴向方向上的长度小于所述第二密封腔在轴向方向上的长度。

14、此外，可选的方案是，所述圆形波导的内径等于所述第二矩形波导的横截面的对角线的长度。

15、此外，可选的方案是，所述介质片的厚度的取值范围为1～7mm。

16、根据本发明的另一个方面，提供一种速调管用微波输出窗的设计方法，包括：

17、s10，根据所传输的微波信号的中心频率f0确定对应的标准矩形波导作为第二矩形波导；

18、s20，根据速调管谐振腔的尺寸确定第一矩形波导的横截面的长边和短边的长度；

19、s30，根据所选择的第二矩形波导确定圆形波导的内径d；

20、s40，根据圆形波导的参数和所应用的波段确定介质片的厚度d；

21、s50，根据输出窗的驻波比-频率特性以及介质片的厚度d，确认第一密封腔和第二密封腔在轴向方向上的长度l1和l2。

22、此外，可选的方案是，所述圆形波导的内径d的确定包括以下公式：

23、

24、其中，a和b分别为所述第二矩形波导的横截面的长度和宽度，所述k的取值范围为0.8≤k≤1.2。

25、此外，可选的方案是，所述微波输出窗的设计方法还包括：

26、s60，采用三维电磁场仿真分析软件，对介质片的厚度d以及第一密封腔和第二密封腔在轴向方向上的长度l1和l2等设计参数进行优化，得到使输出窗的微波功率传输性能达到最优的优化后的参数，并将其作为微波输出窗的最终设计参数，从而完成速调管用微波输出窗的设计。

27、本发明的有益效果如下：

28、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种速调管用微波输出窗及其设计方法，通过对微波输出窗的结构进行改进，使其呈不对称结构，能够直接与速调管输出谐振腔对接进行微波的传输，使得微波输出窗的体积和重量减小为对称型输出窗的一半，应用于高功率微波武器的速调管组阵，不但能够缩小整体的体积，也将为整个微波武器系统减重数吨的重量，同时也会大大减小发动机的耗能，为实现车载武器系统的高机动性能提供了有利保障。既解决了对称型输出窗结构条件下速调管输出系统由于体积大而影响速调管模块化应用的问题，又保证了输出窗在带内的耐功率特性，同时还改善了输出窗的传输特性，降低了微波传输的损耗。

技术特征：

1.一种速调管用微波输出窗，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述第一矩形波导的横截面的长度为所述第二矩形波导的横截面的长度的0.75～0.8倍。

3.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述第一矩形波导的横截面的宽度为所述第二矩形波导的横截面的宽度的0.2～0.4倍。

4.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述第一矩形波导在所述圆形波导轴向方向上的长度为速调管输出谐振腔所传输微波信号波长的四分之一。

5.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述第一密封腔在轴向方向上的长度小于所述第二密封腔在轴向方向上的长度。

6.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述圆形波导的内径等于所述第二矩形波导的横截面的对角线的长度。

7.根据权利要求1所述的速调管用微波输出窗，其特征在于，所述介质片的厚度的取值范围为1～7mm。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的速调管用微波输出窗的设计方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的速调管用微波输出窗的设计方法，其特征在于，所述圆形波导的内径d的确定包括以下公式：

10.根据权利要求8所述的速调管用微波输出窗的设计方法，其特征在于，所述微波输出窗的设计方法还包括：

技术总结
本发明公开了一种速调管用微波输出窗及其设计方法，包括圆形波导；分别结合固定于所述圆形波导的输入端和输出端的第一矩形波导和第二矩形波导；以及封装于所述圆形波导内与所述圆形波导同轴设置的介质片，所述介质片的外径等于所述圆形波导的内径，将所述圆形波导的内腔分隔为第一密封腔和第二密封腔；所述第一矩形波导远离所述圆形波导的一端气密结合于速调管输出谐振腔的输出端；所述第一矩形波导与所述第一密封腔连通，所述第二矩形波导和所述第二密封腔连通，第一矩形波导的横截面的面积小于所述第二矩形波导的横截面的面积。通过对微波输出窗的结构进行改进，使其呈不对称结构，能够解决速调管输出系统体积大影响速调管模块化应用的问题。

技术研发人员：王坤,刘秀,王加松,李冬凤,周军,欧阳佳佳
受保护的技术使用者：北京真空电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23