CN101478066A - 一种宽带微波盒形输能窗 - Google Patents

Abstract

一种宽带微波盒形输能窗，属于微波器件技术领域，涉及微波电子管中的微波输能窗。由两段矩形波导(1)、一段圆波导(2)及介质窗片(3)组成，两段矩形波导(1)分别连接在圆波导(2)的两端，介质窗片(3)密封焊接于圆波导(2)中间；所述圆波导(2)的直径根据TE₁₁ ^○模的截止频率公式确定并使得TE₁₁ ^○模的截止频率处于所需盒形输能窗的工作带宽范围内。本发明提供的宽带盒形输能窗既能工作在圆波导TE₁₁ ^○模的传输状态，也能工作在它的截止状态，从而极大拓宽了盒形窗的工作带宽；同时，这一设计也使盒形窗的尺寸和体积大为减小，并且可以有效地抑制高次模式的产生。

Description

一种宽带微波盒形输能窗

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，涉及微波电子管，特别涉及微波电子管中的微波输能窗。

背景技术

微波输能窗是微波电子管的重要组成部件之一，其作用是尽可能无损耗地保证微波信号的能量能馈入到微波管中去，或者从管内输出到微波系统及负载上去；同时又能起到真空密封作用，保证微波管内部真空状态不致被破坏。

盒形输能窗是微波输能窗最常用的、也是最重要的结构形式之一，它的基本形式如图1所示，它由两段矩形波导1、一段圆波导2及介质窗片3组成。两段矩形波导1分别连接在圆波导2的两端；介质窗片3密封焊接于圆波导2中间。

在盒形输能窗工作频率范围内，矩形波导一般都是传输最低模式

模的标准波导，圆波导则传输圆波导最低模式

模，介质窗片允许微波以低损耗方式通过，同时又与圆波导真空封接。这样，当矩形波导一端焊接微波管输能机构、另一端与外接微波源或者微波系统及负载连接时，就保证了微波管的真空气密性。

为了保证盒形输能窗中矩形波导与圆波导连接的匹配，尽可能降低连接过渡处由于不均匀性产生的杂模(高次模式)成分，还常常把连接处的矩形波导口倒角成圆弧状或喇叭状，这对提高盒形输能窗的功率容量及带宽十分重要。

在现有的盒形输能窗设计中，圆波导2都工作在

的传输状态。这是因为，人们通常认为，如果圆波导2工作在

的截止状态，微波会产生反射，导致微波不能从盒形输能窗的一端传输至另一端。因而在满足圆波导2工作在

的传输状态的条件下，现有的盒形输能窗中圆波导段的直径通常设计成等于或略大于矩形波导的对角线长度(如图2所示)。然而这样设计的微波盒形输能窗对于驻波系数小于等于1.2的工作带宽一般只有盒形输能窗中矩形波导

模的工作频率范围的20％至50％，无法满足微波在宽带范围内进行传输的需求；另一方面，这样涉及的微波盒形输能窗因为中间圆波导2的尺寸较大，也不利于减小整个器件体积。

发明内容

本发明提出一种宽带微波盒形输能窗，其工作带宽可以达到甚至超过盒形输能窗中矩形波导

模的工作频率范围，从而满足微波宽带传输的需求；另外，本发明提供的宽带微波盒形输能窗较现有的微波盒形输能窗在体积方面有明显的减小，有利于整个微波盒形输能窗的小型化；本发明提供的盒形输能窗还可以有效地抑制高次杂模的产生。

本发明技术方案如下：

一种宽带微波盒形输能窗，由两段矩形波导1、一段圆波导2及介质窗片3组成；两段矩形波导1分别连接在圆波导2的两端；介质窗片3密封焊接于圆波导2中间；其特征在于，所述圆波导2的直径根据

模的截止频率公式确定并使得模的截止频率处于所需盒形输能窗的工作带宽范围内。

所述介质窗片3为陶瓷或宝石介质窗片。

所述

模的截止频率公式为 $f_c=\frac{2c}{3.41D},$ 其中：f_c是

模的截止频率，c是光速，D是圆波导2的直径。

借助于仿真软件和实测结果，我们发现一个与人们常规思维相反的现象：在一段较短的截止圆波导中，对最低模式

模来说，微波能量并没有立即被反射而仍会几乎无衰减地通过。因此，本发明提供的宽带微波盒形输能窗中，圆波导2的

模截止频率落在了所需盒形输能窗的工作带宽内，因而使得对于工作频率低于截止频率的微波，圆波导处于截止状态，而对于工作频率高于截止频率的微波，则它处于传输状态。这样，频率低于但又接近截止频率的微波，它的衰减常数很小，在一段较短的截止圆波导中，微波能量并不会立即被全反射，相反，甚至可以衰减极小地通过。结果，这种盒形输能窗就既可以工作在圆波导

模的截止状态，也可以与常规盒形输能窗一样工作在它的传输状态。或者说，在宽带盒形输能窗带宽的高频段，它工作在传输状态，而在低频段，则工作在截止状态，从而使得盒形输能窗的整个工作带宽极大地得到拓宽。驻波系数小于等于1.2的工作带宽，常规盒形输能窗一般只有盒形输能窗中矩形波导模的工作频率范围的20％至50％，而本发明提出的宽带盒形输能窗则可以达到整个矩形波导的工作频率范围甚至更宽。

本发明提供的宽带微波盒形输能窗中，由于圆波导2的

模截止频率落在所需盒形输能窗的工作带宽内。这样根据

模的截止频率公式确定的圆波导2的直径一般会小于矩形波导1的对角线长度。图2给出的是常规盒形输能窗中矩形波导横截面与圆波导横截面的对比关系，而图3则给出了本发明提出的宽带盒形输能窗中矩形波导横截面与圆波导横截面的对比关系。比较图2与图3可以看出，在矩形波导尺寸相同的情况下，本发明提出的宽带盒形输能窗由于圆波导直径的减小，从而使盒形输能窗的总体尺寸大大缩小。

宽带盒形输能窗由于在工作带宽内对圆波导

模十分接近截止，因而对圆波导其它高次模式截止更严重，即衰减常数更大。这就使得高次杂模更快被衰减(反射)，也就是说在这种盒形输能窗中杂模存在的可能性更小。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的宽带盒形输能窗的工作带宽可以达到整个矩形波导

模的工作频率范围甚至更宽，从而能够满足微波宽带传输的要求。

2、本发明提供的宽带盒形输能窗与现有盒形输能窗相比，大大减小了体积。

3、本发明提供的宽带盒形输能窗中杂模存在的可能性更小，从而反射更小、性能更加可靠。

附图说明

图1是常规微波盒形输能窗的结构示意图。

图2是常规微波盒形输能窗中矩形波导与圆波导横截面相对大小的比较。

图3是本发明提出的宽带微波盒形输能窗中矩形波导与圆波导横截面相对大小的比较。

图4是本发明提出的宽带微波盒形输能窗的实施实例。

以上各图中，1是矩形波导，2是圆波导，3是介质窗片，4是矩形波导口的倒角圆弧，5是矩形波导窄边尺寸被压缩的匹配段。

具体实施方式

为了保证矩形波导段与圆波导段连接的匹配，除了可以把矩形波导连接口倒角成圆弧状或喇叭状外，也可以将矩形波导窄边尺寸缩小，以提高矩形波导的特性阻抗，并在压缩段两端不用阶梯突变而采用斜面渐变的方法来实现。

本发明提供的宽带微波盒形输能窗中，所述圆波导2的

模截止点频率可在所需宽带微波盒形输能窗的工作频带范围内任意选取，进而根据

模的截止频率公式确定出不同直径大小的圆波导2。

一个实际制作的十公分宽带微波盒形输能窗结构示意图如图4所示，其中1是BJ32标准矩形波导，其中宽边长为72.14mm，窄边长为34.04mm，其

模的工作频率范围是2.6GHz～3.95GHz；2是直径为56mm的圆波导，3为陶瓷介质窗片，5是为了保证矩形波导与圆波导的匹配连接而压缩矩形波导窄边尺寸的过渡段，过渡段的两端做成45°斜面。

上述实际制作的十公分的宽带盒形输能窗，在2.6GHz～4.0GHz频率范围内实测驻波系数≤1.17，其中绝大部分频率范围驻波系数在1.1左右，高频端实际工作频率范围还可以进一步扩展。带宽中在2.6GHz～3.14GHz频率范围内圆波导

模处于截止状态，3.14GHz以上频率范围圆波导对

模为传输状态。

Claims (6)

1、一种宽带微波盒形输能窗，由两段矩形波导(1)、一段圆波导(2)及介质窗片(3)组成；两段矩形波导(1)分别连接在圆波导(2)的两端；介质窗片(3)密封焊接于圆波导(2)中间；其特征在于，所述圆波导(2)的直径根据

模的截止频率公式确定并使得

模的截止频率处于所需盒形输能窗的工作带宽范围内。

2、根据权利要求1所述的宽带微波盒形输能窗，其特征在于，所述

模的截止频率公式为 $f_c=\frac{2c}{3.41D},$ 其中：f_c是

模的截止频率，c是光速，D是圆波导(2)的直径。

3、根据权利要求1所述的宽带微波盒形输能窗，其特征在于，所述圆波导(2)的

模截止点频率可在所需宽带微波盒形输能窗的工作频带范围内任意选取，进而根据

模的截止频率公式确定出不同直径大小的圆波导(2)。

4、根据权利要求1所述的宽带微波盒形输能窗，其特征在于，所述介质窗片(3)为陶瓷或宝石介质窗片。

5、根据权利要求1所述的宽带微波盒形输能窗，其特征在于，所述矩形波导(1)与圆波导(2)的连接口倒角成圆弧状或喇叭状。

6、根据权利要求1所述的宽带微波盒形输能窗，其特征在于，所述矩形波导(1)的窄边尺寸部分压缩，压缩段矩形波导与未压缩段矩形波导的过渡连接采用斜面渐变方式实现。

Images