W波段回旋行波管輸入輸出窗的設計

摘 要： 根據實際工程需要，對回旋行波管的輸入窗和輸出窗結構分別進行了理論分析，選取藍寶石作為窗片材料，通過HFSS進行了仿真及優化。仿真結果表明，輸入窗采用傳統的盒型結構在92.6～100 GHz頻段范圍內，S11小于-20 dB，同時S21大于-0.08 dB，傳輸效率達到98%以上，有效帶寬達到7.4 GHz。輸出窗采用新型雙窗片結構，并且對雙窗片結構進行了理論分析。仿真結果表明，在92～101.1 GHz的頻段范圍內，S11小于-20 dB，同時S21大于-0.08 dB，有效帶寬達到9.1 GHz，帶寬比傳統的單窗片結構提高了近3.4 GHz。

關鍵詞： 回旋行波管； 盒型輸入窗； 雙窗片輸出窗； HFSS

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0138?02

0 引 言

回旋行波管是一種新型的高功率毫米波器件，它具有寬頻帶、高功率和高增益等顯著優點，在電子戰、毫米波雷達和粒子加速器方面有著重要的應用前景。輸入窗和輸出窗作回旋行波管的關鍵器件，其性能的好壞直接影響到回旋行波管的增益、互作用效率以及輸出功率。對于它們的研究有著重要的實際價值。

窗片的有兩個作用：

（1）保證電真空器件的真空度；

（2）傳輸信號。

制備窗片的材料必須能夠承受一定的大氣壓力差，還有熱膨脹引起的機械壓力。

窗片對信號的反射升高，對于輸入窗，則會降低整管增益；而對于輸出窗則會引起自激振蕩，降低輸出功率和模式純度。

根據實際的工程設計情況選擇藍寶石作為窗片材料，因為它的介電損耗小、機械強度高、結構均勻密致以及耐溫度程度高[1?3]。

1 盒型輸入窗

1.1 理論分析

圖1（a）所示為盒型窗的場圖及其結構，主要包括輸入波導、圓波導（可伐或者蒙乃爾環）、窗片和輸出波導，其中輸入/輸出波導均為BJ900標準波導。……