W波段扩展互作用器件输出窗的设计与研究

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EIK(Extended Interaction Klystron)扩展互作用速调管,在上世纪50年代出现,在70年代极快发展。它融合了慢波线和谐振腔的结构,有两个的特点,可以获得更稳定,更高效率,以及更高功率的输出。EIK器件在军用微波电子系统,以及抗干扰系统中有着非常重要的地位,但是我国的研究才刚刚起步,所以大力发展EIK有着重要的意义。输出窗作为真空电子器件中重要的组成部分,扮演十分重要的角色,它既需要有着高的密封度,能够承受真空环境与大气压之间的作用力,也要有着足够大的功率容量。真空电子器件随着不断高频化、不断小型化的发展对输出窗也提出了更高的要求,针对目前日益发展的高功率器件,既要在满足传输条件下承受高功率冲击,又要在满足小型化条件下抗击大气压的力量,矛盾下的输出窗发展备受关注。输出窗失效,是损坏真空电子器件的主要因素之一,所以一个输出窗的好坏关系着整个真空电子器件的好坏,研究输出窗就显得非常必要。本文对输出窗进行研究,首先从理论出发,先研究了二次电子的危害,给出了二次电子倍增的原理,随后给出了一般解决方案。选择合适的窗片材料,用CST软件设计出一般W波段盒型输出窗,而后设计出W波段大圆波导大窗片输出窗,带宽从92.64GHz-97.19GHz,有效带宽为4.55GHz的宽带输出窗结构。研究了不同参数变化对传输曲线的影响,并且以此为标准给出精度要求。设计完成加工图纸,加工做出实物输出窗,并采用矢网分析仪进行测试,对冷测结果与仿真结果相对比,冷测结果与仿真结果相对比,频带略微右移,整体效率有所下降,由此研究了输出窗鬼模对传输的影响,研究了不对称结构对鬼模的激励作用,以及窗片参数对鬼模频率的影响。随后,对输出窗进行了热分析,给出了不同输出窗的功率容限。从热公式出发,给出了一种传输参数满足要求,在94GHz有功率容量为23.8kW的输出窗结构的传输01TM波的输出窗结构。随后又由功率容限问题,给出双介质窗片输出窗结构,在94GHz附近有着很好的传输效率。由于可观的降温效果可以获得比单片窗高的功率容限,未来应用前景很大。
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