專利名稱：一種寬帶微波盒形輸能窗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波電子管，特別涉及微波電子管中的微波輸能窗。
背景技術(shù)：
微波輸能窗是微波電子管的重要組成部件之一，其作用是盡可能無損耗地保證微波信號 的能量能饋入到微波管中去，或者從管內(nèi)輸出到微波系統(tǒng)及負載上去；同時又能起到真空密 封作用，保證微波管內(nèi)部真空狀態(tài)不致被破壞。
盒形輸能窗是微波輸能窗最常用的、也是最重要的結(jié)構(gòu)形式之一，它的基本形式如圖1 所示，它由兩段矩形波導(dǎo)1、 一段圓波導(dǎo)2及介質(zhì)窗片3組成。兩段矩形波導(dǎo)1分別連接在 圓波導(dǎo)2的兩端；介質(zhì)窗片3密封焊接于圓波導(dǎo)2中間。
在盒形輸能窗工作頻率范圍內(nèi)，矩形波導(dǎo)一般都是傳輸最低模式7^ 模的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，圓
波導(dǎo)則傳輸圓波導(dǎo)最低模式7^ 模，介質(zhì)窗片允許微波以低損耗方式通過，同時又與圓波導(dǎo)
真空封接。這樣，當(dāng)矩形波導(dǎo)一端焊接微波管輸能機構(gòu)、另一端與外接微波源或者微波系統(tǒng) 及負載連接時，就保證了微波管的真空氣密性。
為了保證盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)連接的匹配，盡可能降低連接過渡處由于不均 勻性產(chǎn)生的雜模(高次模式)成分，還常常把連接處的矩形波導(dǎo)口倒角成圓弧狀或喇叭狀， 這對提高盒形輸能窗的功率容量及帶寬十分重要。
在現(xiàn)有的盒形輸能窗設(shè)計中，圓波導(dǎo)2都工作在7^ 的傳輸狀態(tài)。這是因為，人們通常 認(rèn)為，如果圓波導(dǎo)2工作在r《？的截止?fàn)顟B(tài)，微波會產(chǎn)生反射，導(dǎo)致微波不能從盒形輸能窗
的一端傳輸至另一端。因而在滿足圓波導(dǎo)2工作在r五s的傳輸狀態(tài)的條件下，現(xiàn)有的盒形輸
能窗中圓波導(dǎo)段的直徑通常設(shè)計成等于或略大于矩形波導(dǎo)的對角線長度(如圖2所示)。然而 這樣設(shè)計的微波盒形輸能窗對于駐波系數(shù)小于等于1.2的工作帶寬一般只有盒形輸能窗中矩
形波導(dǎo)J^ 模的工作頻率范圍的20%至50%，無法滿足微波在寬帶范圍內(nèi)進行傳輸?shù)男枨螅?br> 另一方面，這樣涉及的微波盒形輸能窗因為中間圓波導(dǎo)2的尺寸較大，也不利于減小整個器 件體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種寬帶微波盒形輸能窗，其工作帶寬可以達到甚至超過盒形輸能窗中矩形 波導(dǎo)7E， 模的工作頻率范圍，從而滿足微波寬帶傳輸?shù)男枨?；另外，本發(fā)明提供的寬帶微波
盒形輸能窗較現(xiàn)有的微波盒形輸能窗在體積方面有明顯的減小，有利于整個微波盒形輸能窗 的小型化；本發(fā)明提供的盒形輸能窗還可以有效地抑制高次雜模的產(chǎn)生。
本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種寬帶微波盒形輸能窗，由兩段矩形波導(dǎo)1、 一段圓波導(dǎo)2及介質(zhì)窗片3組成；兩段 矩形波導(dǎo)1分別連接在圓波導(dǎo)2的兩端；介質(zhì)窗片3密封焊接于圓波導(dǎo)2中間；其特征在于，
所述圓波導(dǎo)2的直徑根據(jù)i^ 模的截止頻率公式確定并使得r五,？模的截止頻率處于所需盒形
輸能窗的工作帶寬范圍內(nèi)。
所述介質(zhì)窗片3為陶瓷或?qū)毷橘|(zhì)窗片。
所述7^ 模的截止頻率公式為義=^^，其中義是7^ 模的截止頻率，C是光速，"
是圓波導(dǎo)2的直徑。
借助于仿真軟件和實測結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)一個與人們常規(guī)思維相反的現(xiàn)象在一段較短的 截止圓波導(dǎo)中，對最低模式7^ 模來說，微波能量并沒有立即被反射而仍會幾乎無衰減地通
過。因此，本發(fā)明提供的寬帶微波盒形輸能窗中，圓波導(dǎo)2的r五S模截止頻率落在了所需盒
形輸能窗的工作帶寬內(nèi)，因而使得對于工作頻率低于截止頻率的微波，圓波導(dǎo)處于截止?fàn)顟B(tài)， 而對于工作頻率高于截止頻率的微波，則它處于傳輸狀態(tài)。這樣，頻率低于但又接近截止頻 率的微波，它的衰減常數(shù)很小，在一段較短的截止圓波導(dǎo)中，微波能量并不會立即被全反射，
相反，甚至可以衰減極小地通過。結(jié)果，這種盒形輸能窗就既可以工作在圓波導(dǎo)7^ 模的截
止?fàn)顟B(tài)，也可以與常規(guī)盒形輸能窗一樣工作在它的傳輸狀態(tài)?；蛘哒f，在寬帶盒形輸能窗帶 寬的高頻段，它工作在傳輸狀態(tài)，而在低頻段，則工作在截止?fàn)顟B(tài)，從而使得盒形輸能窗的 整個工作帶寬極大地得到拓寬。駐波系數(shù)小于等于1.2的工作帶寬，常規(guī)盒形輸能窗一般只
有盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)r五,？模的工作頻率范圍的20%至50%，而本發(fā)明提出的寬帶盒形輸 能窗則可以達到整個矩形波導(dǎo)的工作頻率范圍甚至更寬。
本發(fā)明提供的寬帶微波盒形輸能窗中，由于圓波導(dǎo)2的r五, 模截止頻率落在所需盒形輸能窗的工作帶寬內(nèi)。這樣根據(jù)7^ 模的截止頻率公式確定的圓波導(dǎo)2的直徑一般會小于矩形
波導(dǎo)1的對角線長度。圖2給出的是常規(guī)盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)橫截面與圓波導(dǎo)橫截面的對 比關(guān)系，而圖3則給出了本發(fā)明提出的寬帶盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)橫截面與圓波導(dǎo)橫截面的 對比關(guān)系。比較圖2與圖3可以看出，在矩形波導(dǎo)尺寸相同的情況下，本發(fā)明提出的寬帶盒 形輸能窗由于圓波導(dǎo)直徑的減小，從而使盒形輸能窗的總體尺寸大大縮小。
寬帶盒形輸能窗由于在工作帶寬內(nèi)對圓波導(dǎo)7^ 模十分接近截止，因而對圓波導(dǎo)其它高
次模式截止更嚴(yán)重，即衰減常數(shù)更大。這就使得高次雜模更快被衰減(反射)，也就是說在這 種盒形輸能窗中雜模存在的可能性更小。
綜上，本發(fā)明的有益效果是
1、 本發(fā)明提供的寬帶盒形輸能窗的工作帶寬可以達到整個矩形波導(dǎo)7^ 模的工作頻率范 圍甚至更寬，從而能夠滿足微波寬帶傳輸?shù)囊蟆?br> 2、 本發(fā)明提供的寬帶盒形輸能窗與現(xiàn)有盒形輸能窗相比，大大減小了體積。
3、 本發(fā)明提供的寬帶盒形輸能窗中雜模存在的可能性更小，從而反射更小、性能更加可靠。


圖1是常規(guī)微波盒形輸能窗的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是常規(guī)微波盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)橫截面相對大小的比較。
圖3是本發(fā)明提出的寬帶微波盒形輸能窗中矩形波導(dǎo)與圓波導(dǎo)橫截面相對大小的比較。
圖4是本發(fā)明提出的寬帶微波盒形輸能窗的實施實例。
以上各圖中，l是矩形波導(dǎo)，2是圓波導(dǎo)，3是介質(zhì)窗片，4是矩形波導(dǎo)口的倒角圓弧，5 是矩形波導(dǎo)窄邊尺寸被壓縮的匹配段。
具體實施例方式
為了保證矩形波導(dǎo)段與圓波導(dǎo)段連接的匹配，除了可以把矩形波導(dǎo)連接口倒角成圓弧狀 或喇叭狀外，也可以將矩形波導(dǎo)窄邊尺寸縮小，以提高矩形波導(dǎo)的特性阻抗，并在壓縮段兩 端不用階梯突變而采用斜面漸變的方法來實現(xiàn)。
5本發(fā)明提供的寬帶微波盒形輸能窗中，所述圓波導(dǎo)2的7ES模截止點頻率可在所需寬帶
微波盒形輸能窗的工作頻帶范圍內(nèi)任意選取，進而根據(jù)r五S模的截止頻率公式確定出不同直
徑大小的圓波導(dǎo)2。
一個實際制作的十公分寬帶微波盒形輸能窗結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，其中1是BJ32標(biāo)準(zhǔn) 矩形波導(dǎo)，其中寬邊長為72.14mm，窄邊長為34.04mm，其r五^模的工作頻率范圍是
2.6GHz 3.95GHz; 2是直徑為56mm的圓波導(dǎo)，3為陶瓷介質(zhì)窗片，5是為了保證矩形波導(dǎo)與 圓波導(dǎo)的匹配連接而壓縮矩形波導(dǎo)窄邊尺寸的過渡段，過渡段的兩端做成45°斜面。
上述實際制作的十公分的寬帶盒形輸能窗，在2.6GHz 4.0GHz頻率范圍內(nèi)實測駐波系數(shù) 《U7，其中絕大部分頻率范圍駐波系數(shù)在l.l左右，高頻端實際工作頻率范圍還可以進一步 擴展。帶寬中在2.6GHz 3.14GHz頻率范圍內(nèi)圓波導(dǎo)Z^模處于截止?fàn)顟B(tài)，3.14GHz以上頻率
范圍圓波導(dǎo)對7^ 模為傳輸狀態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種寬帶微波盒形輸能窗，由兩段矩形波導(dǎo)(1)、一段圓波導(dǎo)(2)及介質(zhì)窗片(3)組成；兩段矩形波導(dǎo)(1)分別連接在圓波導(dǎo)(2)的兩端；介質(zhì)窗片(3)密封焊接于圓波導(dǎo)(2)中間；其特征在于，所述圓波導(dǎo)(2)的直徑根據(jù)模的截止頻率公式確定并使得模的截止頻率處于所需盒形輸能窗的工作帶寬范圍內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波盒形輸能窗，其特征在于，所述7^, 模的截止頻率公式為^=7^，其中^是r五i 模的截止頻率，c是光速，"是圓波導(dǎo)(2)的直徑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的寬帶微波盒形輸能窗，其特征在于，所述圓波導(dǎo)(2)的r五S模 截止點頻率可在所需寬帶微波盒形輸能窗的工作頻帶范圍內(nèi)任意選取，進而根據(jù)r五S模的截止頻率公式確定出不同直徑大小的圓波導(dǎo)(2)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波盒形輸能窗，其特征在于，所述介質(zhì)窗片(3)為陶 瓷或?qū)毷橘|(zhì)窗片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波盒形輸能窗，其特征在于，所述矩形波導(dǎo)(1)與圓 波導(dǎo)(2)的連接口倒角成圓弧狀或喇叭狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶微波盒形輸能窗，其特征在于，所述矩形波導(dǎo)(1)的窄 邊尺寸部分壓縮，壓縮段矩形波導(dǎo)與未壓縮段矩形波導(dǎo)的過渡連接采用斜面漸變方式實現(xiàn)。
全文摘要
一種寬帶微波盒形輸能窗，屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波電子管中的微波輸能窗。由兩段矩形波導(dǎo)(1)、一段圓波導(dǎo)(2)及介質(zhì)窗片(3)組成，兩段矩形波導(dǎo)(1)分別連接在圓波導(dǎo)(2)的兩端，介質(zhì)窗片(3)密封焊接于圓波導(dǎo)(2)中間；所述圓波導(dǎo)(2)的直徑根據(jù)TE₁₁^○模的截止頻率公式確定并使得TE₁₁^○模的截止頻率處于所需盒形輸能窗的工作帶寬范圍內(nèi)。本發(fā)明提供的寬帶盒形輸能窗既能工作在圓波導(dǎo)TE₁₁^○模的傳輸狀態(tài)，也能工作在它的截止?fàn)顟B(tài)，從而極大拓寬了盒形窗的工作帶寬；同時，這一設(shè)計也使盒形窗的尺寸和體積大為減小，并且可以有效地抑制高次模式的產(chǎn)生。
文檔編號H01P1/08GK101478066SQ20091005820
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者宮玉彬, 岳玲娜, 王文祥, 趙國慶, 魏彥玉 申請人:電子科技大學(xué)