CN105931936A - 高功率截顶型微波输出窗 - Google Patents

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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/36—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy
    • H01J23/38—Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy to or from the discharge

Abstract

本发明公开了高功率截顶型微波输出窗，包括顺次相接的输入方波导、输入匹配过渡波导、工型介质窗片、输出匹配过渡波导、输出圆波导，所述工型介质窗片的纵切面形状为工字型，工字型的一侧与输入匹配过渡波导相接，另一侧与输出匹配过渡波导相接，靠近工型介质窗片的输入匹配过渡波导内壁上设有场抑制环。本发明在工型介质窗片的输入面采用场抑制环结构，可以有效提高功率容量。通过调整输入匹配过渡波导、场抑制环、工型介质窗片和输出匹配过渡波导的尺寸参数，可以实现输入方波导到输出圆波导的高效率微波传输，具有紧凑化和高峰值功率容量的特点，适用于高功率条件下微波馈线系统内的隔断和密封。

Description

高功率截顶型微波输出窗
技术领域
本发明属于高功率微波技术领域，特别是高功率微波传输与辐射技术领域，具体的说，是涉及高功率截顶型微波输出窗。
背景技术
输出窗是伴随着微波器件的出现而诞生的，对器件和系统的功率容量、高频特性、可靠性和使用寿命具有重要影响。它在微波电真空器件的应用中主要起两方面作用：一方面完成真空或气体的密封；另一方面保证微波较低反射的正常透射，从而达到电磁波能量正常传递的效果。微波输出窗广泛应用于各类微波电真空器件，如大功率速调管、回旋管、行波管等，是高功率微波电真空器件、加速器和其他高功率微波电子系统的关键部件，是微波系统的关键部件之一。
随着系统峰值功率和平均功率的增大，对微波输出窗的性能提出了更高的要求。现有的微波输出窗在可靠性、带宽、散热性能、输出模式和效率等方面进行了优化和改进，但这些输出窗的尺寸普遍较大，无法同时满足高功率容量和紧凑化的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供高功率截顶型微波输出窗，解决了现有微波输出窗尺寸普遍较大，无法同时满足高功率容量和紧凑化的应用需求的需求。在满足高功率容量的同时实现了窗的紧凑化设计，可用于高功率条件下微波馈线系统内的隔断和密封。通过在输出窗中采用截顶结构，可实现窗片场强分布的均匀化，有助于输出窗在较小尺寸下获得较高的功率容量，进而实现其结构的紧凑化；同时，采用了工字型窗片结构，可以有效抑制三相点处的二次电子倍增，从而提高了介质窗的功率容量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
高功率截顶型微波输出窗，包括顺次相接的输入方波导、输入匹配过渡波导、工型介质窗片、输出匹配过渡波导、输出圆波导，所述工型介质窗片的纵切面形状为工字型，工字型的一侧与输入匹配过渡波导相接，另一侧与输出匹配过渡波导相接，靠近工型介质窗片的输入匹配过渡波导内壁上设有场抑制环。
在工型介质窗片的输入面采用场抑制环结构，可以有效提高功率容量。通过调整输入匹配过渡波导、场抑制环、工型介质窗片和输出匹配过渡波导的尺寸参数，可以实现输入方波导到输出圆波导的高效率微波传输。
具体地，所述输入方波导、输入匹配过渡波导、工型介质窗片、输出匹配过渡波导、输出圆波导共轴。
进一步地，所述输入匹配过渡波导与工型介质窗片之间还设有密封槽。所述密封槽为环形密封槽。通过密封槽和工型介质窗片可以实现输入输出的气密封。
为了完善密封槽的密封功能，在靠近工型介质窗片的输入匹配过渡波导还连接有外壁，该外壁与输入匹配过渡波导一起将工型介质窗片横向卡接在内，且该外壁的另一端与输出匹配过渡波导相接触并可拆卸。
另外，输入匹配过渡波导和输出匹配过渡波导均为方形波导。
本发明的有益效果为：
本发明在工型介质窗片的输入面采用场抑制环结构，可以有效提高功率容量。通过调整输入匹配过渡波导、场抑制环、工型介质窗片和输出匹配过渡波导的尺寸参数，可以实现输入方波导到输出圆波导的高效率微波传输，具有紧凑化和高峰值功率容量的特点，适用于高功率条件下微波馈线系统内的隔断和密封。
附图说明
图1为本发明的结构示意图（从中部剖开后）。
图2为本发明的剖面视图。
图3为图2的A-A剖面视图。
图4为本发明-实施例的数值模拟结果-反射曲线。
图5为本发明-实施例的数值模拟结果-陶瓷环表面电场。
其中，附图中标记对应的零部件名称为：
1—输入方波导，2—输入匹配过渡波导，3—场抑制环，4—密封槽，5—工型介质窗片，6—输出匹配过渡波导，7—输出圆波导。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1-3所示，高功率截顶型微波输出窗，主要由输入方波导1、输入匹配过渡波导2、场抑制环3、密封槽4、工型介质窗片5、输出匹配过渡波导6、输出圆波导7组成，输入方波导1经过输入匹配过渡波导2与工型介质窗片5相接，再由输出匹配过渡波导6连接到输出圆波导7，各结构均共轴。
在工型介质窗片5的输入面采用场抑制环3结构，可以有效提高功率容量。通过调整输入匹配过渡波导2、场抑制环3、工型介质窗片5和输出匹配过渡波导6的尺寸参数，可以实现输入方波导1到输出圆波导7的高效率微波传输。通过密封槽4和工型介质窗片5可以实现输入输出的气密封。
在本实施例中，输入方波导1直接过渡到输入匹配过渡波导2，且输入方波导1尺寸小于输入匹配过渡波导2，输入匹配过渡波导2直接过渡到工型介质窗片5，且输入匹配过渡波导2尺寸小于工型介质窗片5；工型介质窗片5的纵切面形状为工字型，工字型的一侧与输入匹配过渡波导2相接，另一侧与输出匹配过渡波导6相接，输出匹配过渡波导6直接过渡到输出圆波导7，且输出匹配过渡波导6的尺寸大于输出圆波导7。输入匹配过渡波导2靠近工型介质窗片5的一端还连接有外壁，该外壁与输入匹配过渡波导2一起将工型介质窗片横向卡接在内，且该外壁的另一端与输出匹配过渡波导6相接触并可拆卸。
在工型介质窗片5的输入面还刻有多个槽，该槽在工型介质窗片的切向方向上设置，每个槽为等腰三角形槽，槽的周期大于1mm，刻槽区域是切向场较大的区域非整个面，作用是可提高窗面击穿阈值，提高功率容量。
本实施例中，输入匹配过渡波导2和输出匹配过渡波导6均为方形波导。
场抑制环3设于输入匹配过渡波导2的内壁并靠近工型介质窗片5，密封槽4为环形密封槽，且设于输入匹配过渡波导2与工型介质窗片5一侧之间，外壁的另一端与输出匹配过渡波导6之间也设有环形密封槽。
当微波工作频率为12.5GHz时，主要尺寸参数为：输入方波导边长16mm，工型介质窗片直径44mm、高度39.4mm，输出圆波导直径21mm。
如图4、5所示，数值模拟结果为：在12-13 GHz频带范围内，输出窗反射系数小于0.1，窗表面最大电场强度为976V/m且位于其中间位置，经计算该密封窗的设计功率容量约20MW。上述结果表明，该高功率截顶型微波输出窗具有结构紧凑、反射小、功率容量高的特性。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，包括顺次相接的输入方波导、输入匹配过渡波导、工型介质窗片、输出匹配过渡波导、输出圆波导，所述工型介质窗片的纵切面形状为工字型，工字型的一侧与输入匹配过渡波导相接，另一侧与输出匹配过渡波导相接，靠近工型介质窗片的输入匹配过渡波导内壁上设有场抑制环。
2.根据权利要求1所述的高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，所述输入方波导、输入匹配过渡波导、工型介质窗片、输出匹配过渡波导、输出圆波导共轴。
3.根据权利要求1所述的高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，所述输入匹配过渡波导与工型介质窗片之间还设有密封槽。
4.根据权利要求3所述的高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，所述密封槽为环形密封槽。
5.根据权利要求1所述的高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，靠近工型介质窗片的输入匹配过渡波导还连接有外壁，该外壁与输入匹配过渡波导一起将工型介质窗片横向卡接在内，且该外壁的另一端与输出匹配过渡波导相接触并可拆卸。
6.根据权利要求1所述的高功率截顶型微波输出窗，其特征在于，输入匹配过渡波导和输出匹配过渡波导均为方形波导。
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