[發明專利]消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法及裝置

無效

• 申請號: 200810055786.1
• 申請日: 2008-01-09
• 公開（公告）號: CN101281848A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 丁耀根;繆亦珍;沈斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01J23/00
• 分類號: H01J23/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微波電真空器件技術領域，是一種消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法及裝置。

背景技術

高功率盒型輸出窗是大功率微波電真空器件，加速器和其他大功率微波電子系統的關鍵部件，對器件和系統的功率容量，可靠性和壽命具有重要影響。盒型輸出窗是將一個圓盤型介質片密封在截面相同的圓波導中，圓波導兩端通過圓變方變換段與矩形波導相接。盒型窗的優點是承受的功率容量大，頻帶寬，結構簡單。對于高峰值功率和高平均功率(或連續波)速調管，輸出窗的損壞是影響器件壽命的重要因素之一。導致盒型輸出窗損壞的機理為窗表面的二次電子倍增效應和工作頻帶內鬼模的存在引起窗的非正常加熱，使窗片炸裂。通過在窗片表面涂覆Ti(或TiN)，Cr2O3等低二次電子發射材料可抑制二次電子倍增效應。除此之外，在工作頻帶內存在諧振模式是引起高功率盒型輸出窗的損壞的另一種機理。引起高功率輸出窗損壞的研究表明，由于這些諧振模式是由制造工藝中產生的輸出窗結構的不對稱性引起，它有時出現，有時又不出現，存在一定的偶然性，所以稱為鬼模。通常，落在工作頻帶內的鬼模為TM01和TE21模。由于鬼模不能在矩形波導中傳輸，因而具有高的Q值，使窗片和圓波導-矩形波導轉換處產生高的電場，引起窗片的擊穿和波導打火，損壞輸出窗，并導致器件和系統的損壞。

發明內容

本發明的目的在于提供一種消除高功率盒型輸出窗鬼模的方法及裝置，保證器件在高功率下正常工作，提高器件和系統的穩定性和壽命。為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

本發明所述的高功率盒型輸出窗由輸入和輸出矩形波導段、三個不同直徑的圓波導段和二個錐形波導段組成的圓波導結構、陶瓷窗片，和匹配裝置等部分組成。匹配裝置為4個長方形的金屬條。陶瓷窗片材料為95％Al2O3，輸入和輸出矩形波導段、圓波導段、錐形波導段和匹配裝置等部件的材料均為無氧銅。陶瓷窗片經高溫金屬化后與圓波導段釬焊，保證其真空密封。其它部件均采用釬焊方法焊接，保證連接處的真空密封性。

本發明的主要特點是采用三個不同直徑的圓波導段和二個錐形波導段組成的圓波導結構代替傳統盒形窗的單圓波導段結構，并在圓波導-矩形波導之間放置匹配裝置，并通過選擇窗片材料和尺寸、圓波導結構的尺寸、圓波導-矩形波導變換段放置的匹配裝置的形狀和尺寸，使盒型輸出窗在工作頻帶內無鬼模，且駐波比小于1.1。

本發明的主要優點：制備和裝配工藝簡單。該方法能保證在消除頻帶內鬼模的同時，在要求的工作頻率范圍內駐波比小于1.1。

附圖說明

圖1是本發明的消除頻帶內鬼模的高功率盒形輸出窗結構圖；圖中，輸入矩形波導段101，輸出矩形波導段110；兩匹配裝置102、109；圓波導段(一)103，圓波導段(三)108；錐形波導段(一)104，錐形波導段(二)107；兩圓波導段(二)105、105a；窗片106。

圖2是由本發明設計的一個S波段高功率盒形輸出窗的電壓駐波比特性曲線。圖中：S波段高功率盒形輸出窗的電壓駐波比特性曲線(要求的工作頻率范圍3.1～3.5GHz內駐波比小于1.04，鬼模TM010模和TE210模的諧振頻率分別為3074MHz和3559MHz)

具體實施方式

請參照圖1，本發明消除高功率盒形輸出窗頻帶內鬼模的方法的實施方式如下：

1)對于選定的窗片材料95％Al2O3陶瓷，選擇窗片的直徑和厚度、三個圓波導段的直徑和長度，二個錐形波導段的長度，對圖1所示的結構，采用三維電磁場模擬軟件計算鬼模(TM010模和TE210模)的諧振頻率。通過增大圓波導段(一)(103)和圓波導段(三)(108)的直徑，使鬼模TM010模的諧振頻率向工作頻帶低端(3100MHz)移出。通過減少窗片(106)的厚度使鬼模TE210模的諧振頻率向工作頻帶高端(3500MHz)移出。計算鬼模的諧振頻率時，應選擇輸入波導段(101)和輸出波導段(110)的長度大于1/2波導波長，使計算獲得的TM010模和TE210模的諧振頻率不隨其長度變化而變化。

2)在圓波導-矩形波導交界處，矩形波導內放置匹配裝置(102，109)，調節匹配裝置高度和寬度，圓波導段(一)(103)和圓波導段(三)(108)的長度，使輸出窗在工作頻帶內的駐波比小于1.1。

3)根據步驟1)和2)確定的輸出窗的幾何尺寸，再采用三維電磁場模擬軟件計算鬼模(TM010模和TE210模)的諧振頻率，如鬼模的諧振頻率落在工作頻帶以外，則完成設計，否則重復步驟1)和2)，直到輸出窗的駐波比小于1.1和鬼模的諧振頻率落在工作頻帶以外同時滿足。