300GHZ輸出窗設計_本科畢業(yè)設計.doc

摘要摘要微波電真空器件是雷達、通信、廣播、加速器等一些電子系統(tǒng)的心臟部件。而輸出窗是大功率微波電真空器件的關鍵部件，對器件和系統(tǒng)的頻段、功率容量、可靠性和壽命具有重要作用。本文基于盒型輸出窗模型，采用matlab、cst三維計算軟件進行優(yōu)化模擬，分別分析了300GHz-330GHz頻段的藍寶石窗片常規(guī)輸出窗與非常規(guī)輸出窗。并對非常規(guī)輸出窗模型的輸出特性與各種結構參量的關系進行了優(yōu)化模擬，討論了該輸出窗結構變化對其輸出特性的影響，得到理論上的最優(yōu)模型參數(shù)。同時，采用現(xiàn)有半徑為3mm的藍寶石窗片，設計適合與300GHz的盒型窗結構并模擬優(yōu)化。關鍵字：盒型窗,太赫茲輸出窗，非常規(guī)輸出窗59AbstractABSTRACTMicrowave vacuum electron devices are the key components in radar, communication, broadcasting, accelerators and the other electron systems. The output windows are the key parts in high-power microwave electron, power level, reliability and lifetime of the devices. In this paper, based on a box type window model and Matlab, CST software, the conventional box type sapphire window and the irregular box type sapphire window are analyzed at the frequency band of 300GHz-330GHz.The relation of output characteristics with various parameters in the irregular box type sapphire window is simulated; the influence of the parameter S21 by changing the construction of the window is discussed; finally, the optimal theoretical model parameters is obtained. And, Using actual radius of 3 mm sapphire window, design the window for 300GHz and simulate the consequence.矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。Key Words: Box Type Window, Output Window Of THz, Irregular Type Window.聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。目錄目錄第一章引言1殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。1.1 課題背景1釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.2 盒型輸出窗研究現(xiàn)狀2彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.3 研究輸出窗的目的和意義4謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.4 課題的內(nèi)容4廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。第2章盒型輸出窗的理論分析6煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.1 引言6鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.2 常規(guī)盒型輸出窗等效電路理論分析6籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2.3高頻厚窗結構分析11預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.4盒型輸出窗的設計步驟13滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.5常規(guī)輸出窗基本參數(shù)的計算14鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。第3章盒型輸出窗的模擬計算與分析17擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.1常規(guī)盒型輸出窗的設計17贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.1.1 CST模型優(yōu)化18 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.1.2 結果分析討論19蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。3.2非常規(guī)盒型輸出窗設計的模型分析。20買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.2.1非常規(guī)輸出窗理論分析20綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.2.1圓波導直徑的優(yōu)化22驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.2.2圓波導長度的優(yōu)化23貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.2.3結構微調(diào)驗證25鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.2.4結果分析討論26構氽頑黌碩飩薺齦話騖。3.3半徑 藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗設計28輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。3.3.1盒型窗的窗片分析28堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。3.3.2結構優(yōu)化30識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。3.3.3結果分析討論37凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。第4章結束語39恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。參考文獻40鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。致謝41碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。附錄42閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。附錄一：常規(guī)輸出窗圓波導長度求解Matlab程序42氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。外文資料原文43釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。翻譯文稿50慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。第1章 引言第一章 引言1.1 課題背景微波電真空器件是利用電子注與微波電磁場相互作用而進行微波產(chǎn)生和放大的真空電子器件，是各種微波電子系統(tǒng)的心臟，在當今信息時代占有極其重要的地位。已經(jīng)廣泛應用于雷達、通信、電視廣播、粒子加速器、可控熱核聚變裝置、微波遙感、微波加熱、材料處理和制備等領域。由于微波電真空器件具有高峰值功率，高平均功率以及較低成本等特點，再進入21世紀的今天，仍然是一種不可替代的微波功率源。諺辭調(diào)擔鈧諂動禪瀉類。輸出窗是伴隨著微波電真空器件的出現(xiàn)而誕生的，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(tǒng)的關鍵部件，對器件和系統(tǒng)的容量、高頻特性、可靠性和壽命具有重要影響。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。微波電真空器件要能夠可靠運行，就需要高真空的內(nèi)部環(huán)境，輸出窗是解決高頻能量輸出和維持器件本身高真空性能之間的相互矛盾而出現(xiàn)的，即在高頻輸出端不但需要將高頻功率傳送出去，同時還要使器件保持良好的氣密性。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。高頻輸出窗的形式是多種多樣的，目前普通使用的是盒型窗、陶瓷階梯窗和同軸窗。盒型窗是將一個圓盤介質(zhì)片密封在截面相同的圓波導中，兩端通過轉換和矩形波導相連。這種窗的優(yōu)點是承受的功率容量大，頻帶寬，結構簡單，在工藝上也比較成熟，但結構的跳變過度引起傳輸高頻場的畸變并可能形成某些特定頻率的諧振。陶瓷階梯窗利用逐漸變換而獲得阻抗匹配，這種窗使用于工作波長短的速調(diào)管，在20%頻帶內(nèi)駐波比可小于。波導階梯窗有單向階梯窗、雙向階梯窗、T型塞子窗幾種。同軸輸出窗適用于工作波長長的管子，其頻帶寬、工藝簡單，但承受的功率容量不如盒型窗大。圓柱盒型窗的連續(xù)波功率容限問題是電真空器件峰值功率和平均功率進一步提高的制約因素。輸出窗的雜模也是影響電真空器件正常工作的重要方面。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。大功率輸出窗對于其他微波電真空器件而言，具有相似的作用：允許高頻能量通過同時保證微波電真空器件內(nèi)部的氣密性。大功率輸出窗的頻帶特性，功率水平、工作壽命制約著高功率微波電真空器件的進一步發(fā)展。紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。1.2 盒型輸出窗研究現(xiàn)狀盒型窗與其他形式的微波窗相比，結構簡單，功率容量大，工藝上易于實現(xiàn)，同時具有較寬的帶寬。此外在結構上便于加水套通水冷卻，故近年來已成為高功率微波器件的常用輸出窗形式。圖1-1是一種常規(guī)圓盤形盒型輸出窗模型。它將一個圓盤形窗片密封在截面相同的一段圓波導中，通過圓波導與矩形波導相連。通常矩形波導的尺寸是根據(jù) 單模工作的頻率范圍采用標準波導，而圓波導段直徑 則依據(jù)輸出微波功率和高頻場強強度大小及 單模工作的頻率范圍選則確定，通常情況下圓波導直徑 與矩形波導的對角線近似相等，俗稱“對角窗”。窗片厚度和圓波導的長度（ ）的選擇則取決于工作頻率范圍和頻段寬度。穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。 圓波導矩形波導 圖 1-1 常規(guī)盒型輸出窗這種盒型輸出窗被微波真空器件廣泛采用，無論是工程設計、工藝技術和窗片材料的制備都相當成熟，對微波真空器件向高功率和高頻率發(fā)展產(chǎn)生了重要作用。影響這種盒型輸出窗性能的主要因素包括：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。1. 輸出窗窗片的位置，即 和 的大小和相對關系。若 ，即輸出窗為對稱窗，這時通常輸出窗兩端采用尺寸相同的矩形波導，這種輸出窗的頻帶較寬，是比較常用的一種輸出窗結構。若 ，即輸出窗為非對稱窗，這時輸出窗兩端的矩形波導尺寸也可能不相同，一般情況下寬邊尺寸相同，窄邊尺寸不同，輸出窗的頻帶較窄，選擇合適的窗片位置對工作頻率附近可以得到好的透射系數(shù)。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。2. 輸出窗窗片的幾何形狀和尺寸。輸出窗可以選擇為圓盤狀，即普通盒型輸出窗，也可以是其他形狀，這時窗片的直徑是決定輸出窗性能的重要因素之一。由于窗片焊接在圓波導中，如果窗片的直徑過大，則圓波導的直徑也相應變大，高次摸不容易截止。窗片的直徑過小，對傳輸高功率不利，同時矩形波導與圓波導的連接也不易做到寬帶匹配。一般選取圓波導的直徑等于矩形波導截面的對角線。 ,式中 是圓波導直徑， 和 分別是矩形波導寬邊和窄邊的尺寸。輸出窗的窗片也可以為球冠狀、圓錐形或其他形狀，它的結構如何選取主要決定于輸出微波功率、頻率、頻帶寬度和匹配性能。擠貼綬電麥結鈺贖嘵類。3. 窗片材料的選用。窗片材料的介電常數(shù)和損耗系數(shù)既影響輸出窗的頻帶特性和透射系數(shù)，又影響輸出窗的熱耗散特性和散熱能力，同時對金屬窗片封接強度和應力平衡必須充分考慮。在微波波段常用的輸出窗窗片材料有氧化鋁、氧化鈹、氮化硼等。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。4. 輸出窗中矩形波導與圓波導的連接處的波導蓋板的形狀將影響輸出窗的帶寬。通常輸出窗中方波導與圓波導之間的 ，方圓過渡的跳變不連續(xù)將引起并聯(lián)電感或電容的變化，波導蓋板的形狀則直接影響這種電納變化的大小和性質(zhì)。有的輸出窗為減弱電場在該連續(xù)處的畸變，也有將矩形波導與圓波導之間的夾角設計成大于 ，以減少垂直窗片表面的電場分量的大小，降低輸出窗隨壞幾率。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。5. 輸出窗焊接工藝過程中焊料流散的均勻與否同樣影響輸出窗的駐波和熱耗性能。焊料流散不好將使窗片和圓波導連續(xù)不均勻，引起不同頻率波的駐波特性變化不連續(xù)或增加介質(zhì)損耗。裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。6. 輸出窗的散熱和外加冷卻狀況也是影響輸出窗功率容限和壽命的重要因素。輸出窗的冷卻狀況較好，相對來說，窗片的熱量積累就少，輸出窗就能容許更高的峰值功率和平均功率，同時能延長其工作壽命。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。目前，普通盒型輸出窗得到了比較好的應用。但是隨著科學技術的高速發(fā)展，各個領域對微波電真空器件的性能提出了更高的要求，出窗的頻帶特性，功率水平、工作壽命制約著高功率微波電真空器件的進一步發(fā)展。例如，速調(diào)管要就更高的峰值功率和平均功率、更寬的瞬時帶寬、跟高的轉換效率、更高的信噪比。為此，人們對該類微波輸出窗進行進一步研究和改進，以提高它各方面的性能，如研制更新的窗片材料，設計跟合理的窗結構，以提高它的高頻特性、機械性能和氣密性能，降低它的介質(zhì)損耗等。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。1.3 研究輸出窗的目的和意義國內(nèi)外的輸出窗發(fā)展趨勢有兩種：一是高峰值功率波導窗；另一種是高平均功率波導窗。目前，國外輸出窗的峰值功率可達到 ，平均功率可達上百千瓦。而國內(nèi)的輸出窗的峰值功率可達，其平均功率一般在十幾千瓦。因此，在國內(nèi)開展輸出窗的研究工作是很有必要的。驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。高功率微波研究在科技、工業(yè)及國防各反面均有重要地位，而高功率微波源在高功率微波系統(tǒng)中，屬于最關鍵的組件。因此，自主研發(fā)及制造能力的建設，非常重要。今年來，國內(nèi)尖端電磁科技的發(fā)展，已隨世界潮流由傳統(tǒng)的厘米波進入微波領域，例如衛(wèi)星通信應用、新型國防電子系統(tǒng)、太赫茲研究等。微波源是微波系統(tǒng)的核心，也是研究新型輻射機制的主要課題。微波管的微波輸出系統(tǒng)稱作微波窗，同時兼顧微波管的真空封接，是微波管中極為重要的部分?，嶀暈R曖惲錕縞馭篩涼。本文主要討論一種非常規(guī)的盒型輸出窗，改變窗片與變換階段圓波導的尺寸。使其既滿足工程指標又實際可行，從而具有一定科研價值。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。1.4 課題的內(nèi)容藍寶石 是一種高密度的介質(zhì)材料，在毫米波段且具有低損耗特點。選用藍寶石作為窗片，對展帶寬和降低損耗具有積極的作用。本文采用藍寶石窗片，嘗試改變輸出窗圓波導的尺寸、窗片的直徑來改善輸出窗的性能，希望在頻段 范圍內(nèi)得到較寬的帶寬。表3-1是藍寶石的主要物理性質(zhì)。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。表3-1 藍寶石的物理性質(zhì) 比重（） 導熱系數(shù) 介電常數(shù)（ ）比熱（ 損耗角10 介電強度 電阻率 3980 40軸9.2 753.50.000248000 本文采用Matlab、CST三維計算軟件來計算分析盒型輸出窗，希望以此來改善高頻輸出窗的匹配特性，以求得到大的帶寬和很好的透射特性。并應用于工程實際。主要內(nèi)容包括以下3個方面：轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。1由于要求頻帶為300GHz-330GHz，頻率過高，所以采用盒型輸出窗厚窗結構。根據(jù)盒型窗等效電路，運用Matlab計算軟件編程，計算出常規(guī)盒型輸出窗模型參量指標。并運用CST予以仿真。峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。2討論一種非常規(guī)的盒型輸出窗模型，即窗片尺寸不等于圓波導尺寸。運用CST三維計算軟件予以優(yōu)化，得到滿足所要求帶寬與衰減的模型。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。3考慮到工程實際，所采用的窗片不可能太小。所以采用現(xiàn)有半徑為3mm的藍寶石窗片，設計適合于300GHz傳輸?shù)暮行痛敖Y構并模擬優(yōu)化。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。第2章 盒型輸出窗的理論分析第2章 盒型輸出窗的理論分析2.1 引言輸出窗不僅是讓高頻能量盡力無反射、無損耗的通過，而且要保持微波電真空器件內(nèi)部處于高真空狀態(tài)。在輸出窗自身結構中，各尺寸參數(shù)起著重要的作用，直接影響輸出窗的工作頻率、頻帶、透射系數(shù)，而窗片則影響著微波輸出功率承受能力以及真空密閉和機械性能。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。過去對盒型窗的研究中，主要針對的都是常規(guī)標準波導，如圖1-1所示，對于兩端連接不同矩形波導的盒型窗，因為頻帶不易做寬，通常只用在某些特殊的窄帶器件中，本文只對兩端對稱的盒型窗進行分析，即 ，并且 。通常從等效電路的角度分析這種常規(guī)盒型輸出窗鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。2.2 常規(guī)盒型輸出窗等效電路理論分析由于在矩形波導和圓波導中都是單模工作，波導邊界的跳躍改變和材料性能的變化可以等效為電路中電容的電納，其等效電路表示為圖2-1。稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。 圖2-1 盒型輸出窗等效電路圖 如圖1-1所示常規(guī)盒型輸出窗是在 單模工作的矩形波導中插入一段 單模傳輸圓波導，再在圓波導中間封接一片圓盤型窗片而構成。整個傳輸線可以分為以下幾部分：陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。1. 矩形波導與圓波導的轉換部分。2. 圓波導傳輸線。3. 介質(zhì)窗片。把整個真?zhèn)€盒型窗看作一個無耗四端口網(wǎng)絡。其輸入和輸出的關系可用傳輸矩陣 表示為 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應。 鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團藺。式中： 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。 謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。其中： 為圓波導的特性阻抗和兩端矩形波導的特性阻抗之比； 為圓波導的特性阻抗； 和 為輸入和輸出的矩形波導的特性阻抗； 和 分別為輸入和輸出矩形波導的寬邊和窄邊的尺寸；為兩端矩形波導與圓波導轉換處所引入的不連續(xù)電納的歸一化值； 為介質(zhì)中所引起的容性電納的歸一化值； 為以窗片厚度的中心為界兩邊的圓波導段的長度； 為圓波導中波的傳播傳播常數(shù)（ ）； 圓波導 摸的截止波長。對于兩邊連接不同矩陣的矩形波導的盒型窗，因為頻帶不易做寬，所以除了在特殊要求場合外，很少應用。一般常用的是兩邊對稱的盒型窗。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。對于對稱型常規(guī)盒型窗， ， ，由公式(2-2-2)求得傳輸矩陣的參數(shù) 分別為 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴減。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。對于互易無耗雙口網(wǎng)絡， ，入射功率 與輸出功率 之比為 風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。根據(jù)駐波比與反射系數(shù) ，反射系數(shù)與L的關系，可求得駐波比與L的關系，即 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。由公式（2-2-9）可知，功率全部傳輸?shù)臈l件為 ，由公式（2-2-6）、（2-2-7），得 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。式中： 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。 趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。式（2-2-10）的解為 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。由公式（2-2-14）可求得獲得匹配要求的圓波導長度 。由上式可以看出，在要求的頻率點上，存在完全匹配的條件為偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。當輸入和輸出波導的幾何尺寸確定后，應選擇適合的圓波導直徑、窗片材料（介電常數(shù)）和厚度，使方程式（2-2-15）的條件滿足。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。下面給出等效電路中各個參量的計算公式。（1） 矩形波導和圓波導的等效阻抗。矩形波導的等效阻抗 癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。圓波導的等效阻抗 鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。式中： 為自由空間的磁導率； 為自由空間的介電常數(shù)； 為自由空間波長； 為圓波導截止波長； 為矩形波導截止波長； 為矩形波導寬邊和窄邊的尺寸。（2） 介質(zhì)片進入的容性電納。 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。 式中： 為窗片厚度； 為角頻率， ； 為光速； 為圓波導波長。 從式（2-2-18）求出 是對圓波導特性導納歸一化的值。（3） 矩形波導與圓波導連接時不連續(xù)處所引入的電納。將矩形波導與圓波導相連的情況等效為兩矩形波導僅在 平面內(nèi)截面變化的情況，因為圓波導的直徑選為等于矩形波導的對角線，由于波導由方變圓而造成的寬邊尺寸變化所引入的感性電抗遠比窄邊尺寸變化引入的容性電抗小，故突變點電抗部分是容性的，歸一化電納 為邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。 嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。式中： ； ； 為矩形波導窄邊尺寸； 為圓波導直徑； 為矩形波導的波導波長； 為矩形波導傳播常數(shù)， 。連接處復數(shù)導納的電導部分為 該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。實際上，此種連接的作用相當于阻抗變換，其變換比恰等于特性阻抗之比。輸出窗的設計一般是有頻帶要求的。在算出圓波導長度 以后，可以核算頻寬。由公式（2-2-8）可得出反射系數(shù) 劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。 臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。駐波比為 鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。由此可計算得出不同頻率下窗的駐波比，用以上計算公式求出輸出長的尺寸后，還需加工實驗模型，進行冷測，有實驗方法對計算尺寸進行修正以獲得最佳效果。穡釓虛綹滟鰻絲懷紓濼。2.3高頻厚窗結構分析 對于高工作頻率，采用傳統(tǒng)的盒型輸出窗，為了獲得匹配，窗片厚度將變的很薄，影響窗片與盒框的封接，采用窗片厚度為 填充介質(zhì)的波導波長的厚窗結構可以解決這方面的問題。此外，采用厚窗結構，對于某些強度較低，但導熱性能好的陶瓷材料 ，可以在提高功率容量的同時，增加其強度。隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。在該結構中，可以將窗片看作一段傳輸線，考慮對稱結構，公式（2-2-2）可變?yōu)?浹繢膩叢著駕驃構碭湊。式中： ， ， 。傳輸線矩陣其他的個元素分別為 鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。 愜執(zhí)緝蘿紳頎陽灣熗鍵。 貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。對于中心頻率，當 時，式（2-3-1）變?yōu)?嚌鯖級廚脹鑲銦礦毀蘄。由上式求得傳輸矩陣各元素為 薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。 齡踐硯語蝸鑄轉絹攤濼。 紳藪瘡顴訝標販繯轅賽。類似于薄窗結構，由無反射條件求得圓波導段的長度 ，即 飪籮獰屬諾釙誣苧徑凜。式中： 。2.4盒型輸出窗的設計步驟根據(jù)以上理論，將盒型輸出窗的設計步驟總結如下（1）根據(jù)選定的矩形波導尺寸 ，確定圓波導的直徑 。一般常規(guī)輸出窗選擇圓波導的直徑等于矩形波導對角線的長度，即烴斃潛籬賢擔視蠶賁粵。 鋝豈濤軌躍輪蒔講嫗鍵。也可根據(jù)特殊要求經(jīng)行合適的調(diào)節(jié)。（2）選擇窗片的材料與厚度。對于高平均功率和高頻率的輸出窗，為了提高熱容量，采用導熱性能好的材料。從匹配的角度來說，窗片的厚度應選擇小一些，考慮窗片的結構強度和封接強度，根據(jù)窗片的直徑，應選擇一定厚度的窗片。通常，可選擇L波段的窗片厚度為 ，S波段的窗片厚度為 ，C波段窗片厚度為 ，對于X波段和更短波長的輸出窗應采用厚窗結構。擷偽氫鱧轍冪聹諛詼龐。（3）根據(jù)式（2-2-18）和式（2-2-19）求得介質(zhì)窗片引入的等效電容 以及矩形波導與圓波導連接處引入的電納 。蹤飯夢摻釣貞綾賁發(fā)蘄。（4）將以上參數(shù)帶入式（2-2-15），判斷式（2-2-14）是否有解，再根據(jù)式（2-2-10）求得圓波導的長度 。如果式（2-2-14）不成立，應重新選擇圓波導的直徑和窗片的厚度。婭鑠機職銦夾簣軒蝕騫。（5）采用式（2-2-1）式（2-2-8）求得輸出窗的駐波比頻率特性，并根據(jù)計算結果對圓波導的長度進行優(yōu)化。在采用三維電磁仿真軟件對設計進行核算和再仿真。譽諶摻鉺錠試監(jiān)鄺儕瀉。2.5常規(guī)輸出窗基本參數(shù)的計算 常規(guī)對稱盒型輸出窗的參數(shù)有：1、矩形波導尺寸； 2、窗片厚度 ，直徑； 3、圓波導直徑D，厚度。由于常規(guī)輸出窗結構較為固定，參考 2.4節(jié)計算公式分析可得，其設計重點主要為圓波導長度與窗片厚度的確定。儔聹執(zhí)償閏號燴鈿膽賾。3.1.1.1矩形波導尺寸 矩形波導寬邊窄邊長度為給定值，不加討論的定位。矩形波導長度，理論上越長越接近實際，但用CST進行結果仿真時，過長的話計算量過大，影響計算時間。兼顧兩方面因素將其定為。 縝電悵淺靚蠐淺錒鵬凜。3.1.1.2窗片尺寸工作頻段為，頻率過高，采用傳統(tǒng)的盒型輸出窗，為了獲得匹配，窗片厚度將變得很薄，影響窗片與盒框的封裝，由2.3分析得采用窗片厚度 填充介質(zhì)的波導波長的厚窗結構可以解決這方面的問題。驥擯幟褸饜兗椏長絳粵。取中心頻率，真空中的波長為 癱噴導閽騁艷搗靨驄鍵。窗片中的波長為 鑣鴿奪圓鯢齙慫餞離龐。所以窗片厚度為 欖閾團皺鵬緦壽驏頦蘊。常規(guī)模型窗片直徑等于圓波導直徑。3.1.1.3圓波導尺寸常規(guī)模型窗片直徑等于矩形波導對角線長度即 遜輸吳貝義鰈國鳩猶騸。本模型的重點是求圓波導的長度。找到合適的圓波導長度，使得盒型窗等效電路傳輸矩陣 中 ,即使盒型窗工作在匹配狀態(tài)，得到最好的透射效果。幘覘匱駭儺紅鹵齡鐮瀉。由厚窗結構傳輸計算公式（2-3-3）、式（2-3-4）可求得、 。計算其值可用Matlab編程，以 為自變量， 為因變量畫圖，其橫軸零點即為所要求的 。Matlab程序見附錄一，如圖2-2即為所畫求解圖。誦終決懷區(qū)馱倆側澩賾。 圖2-2 全圖 由圖2-2可以看出 的值相對于 顯周期性變化，且零點效果理論上相同，為得到較為準確的值，所以取第一個周期，如下圖2-3所示。醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜。 圖2-3 第一周期由圖3-3可得取零點時 的取值為，所以將 的值初步定位，再用CST進行優(yōu)化，確定最終模型。由以上分析的具體參數(shù)：矩形波導長寬高為 ； 窗片直徑等于圓波導直徑 ； 窗片厚度 ； 圓波導長度 經(jīng)行仿真優(yōu)化。第3章 盒型輸出窗的模擬計算與分析第3章 盒型輸出窗的模擬計算與分析本文討論 波段常規(guī)盒型輸出窗與非常規(guī)輸出窗的特性，運用Matlab、CST三維電磁仿真軟件進行優(yōu)化，主要分析S21參數(shù)，以求得在所給頻段內(nèi)有較寬的帶寬。艫當為遙頭韙鰭噦暈糞。藍寶石 是一種高密度的介質(zhì)材料，在毫米波段且具有低損耗特點。選用藍寶石作為窗片，對展帶寬和降低損耗具有積極的作用。本文采用藍寶石作為輸出窗窗片。鴣湊鸛齏嶇燭罵獎選鋸。具體參數(shù)與技術指標：矩形波導尺寸為 ； 頻帶為； 中心頻率為 ； 藍寶石相對介電常數(shù)為 ； 通帶要求： ， ： 。3.1常規(guī)盒型輸出窗的設計常規(guī)輸出窗由于具有對稱結構，結構簡單，帶寬較寬等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。其設計方法也較為成熟。其基本示意如圖3-1所示。筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢。良導體背景矩形波導窗片圓波導 圖3-1 盒型輸出窗示意圖其設計的基本方法為參照1章常規(guī)盒型輸出窗公式，運用Matlab編程計算出設計所需參數(shù)后，運用CST三維電磁仿真軟件，進行模擬仿真，針對透射系數(shù)進一步優(yōu)化，得到最佳模型。韋鋯鯖榮擬滄閡懸贖蘊。具體參數(shù)如2.5節(jié)所求：矩形波導長寬高為 ； 窗片直徑等于圓波導直徑 ； 窗片厚度 ； 圓波導長度 經(jīng)行仿真優(yōu)化。3.1.1 CST模型優(yōu)化 由于常規(guī)盒型窗結構較為固定，由以上分析可知需要優(yōu)化的參數(shù)僅為圓波導長度 。參考以上結果進行仿真優(yōu)化。先將 由 以 為步長變化，用CST經(jīng)行優(yōu)化，主要觀測透射系數(shù) ，其結果如圖3-2所示。 圖3-2 步長優(yōu)化由上圖3-2可見在到間在中心頻率處可能會出現(xiàn)最好透射系數(shù)。所以在之間以步長為步長，進行優(yōu)化。計算結果如圖3-3所示。濤貶騸錟晉鎩錈撳憲騸。 圖3-3 步長優(yōu)化由上圖3-3可得在處在中心頻率時透射系數(shù)基本為1，且峰值位于中心頻率處，為最好情況。所以取圓波導長度為。常規(guī)盒型窗模型參數(shù)全部確定。鈿蘇饌華檻榪鐵樣說瀉。3.1.2 結果分析討論本文主要討論盒型輸出窗的在所在頻段的帶寬，本文采用帶寬加以討論。如圖3-4所示為上述確定模型的波特圖。戧礱風熗澆鄖適濘嚀贗。 圖3-4常規(guī)盒型窗最終模型 為求出帶寬將上圖放大，只取范圍，如圖3-5所示，即為單寬范圍。觀察此圖可知在頻率范圍范圍內(nèi)，滿足透射系數(shù)要求。帶寬為約為，為。很好的滿足了設計要求。購櫛頁詩燦戶踐瀾襯鳳。所以求討論，本常規(guī)盒型輸出窗模型，確實可行。具體參數(shù)：矩形波導長寬高為 ； 窗片直徑等于圓波導直徑為 ； 窗片厚度 ； 圓波導長度。 圖3-5 常規(guī)盒型輸出窗帶寬示意圖（ ）3.2非常規(guī)盒型輸出窗設計的模型分析。3.2.1非常規(guī)輸出窗理論分析由以上分析可得常規(guī)輸出窗具有很好的透射特性，且結構簡單。但現(xiàn)實情況下，尤其對于高頻情況，由于窗片直徑過小，工藝實際等條件的限制，使其不符合實際工程的需要。要求對常規(guī)輸出窗結構加以改變，以滿足要求。本文討論的非常規(guī)輸出窗為窗片直徑不等于圓波導直徑的情況。其結構如圖3-6所示。囁奐闃頜璦躑谫瓚獸糞。良導體背景矩形波導圓波導窗片 圖3-6非常規(guī)盒型輸出窗示意圖 頻帶要求范圍為，由于頻率過高，仍然采用后窗結構，窗片厚度保持不變。因而通過改變圓波導直徑、圓波導長度、窗片直徑這三個量來得到較好的透射特性。由于窗片直徑不等于圓波導直徑，圓波導直徑也不等于矩形波導對角線，相比常規(guī)輸出窗，優(yōu)化過程更加復雜。虛齬鐮寵確嶁誄禱艫鋸。由上得非常規(guī)輸出窗已知參量：兩端矩形波導長寬高 ；窗片厚度：。未知參量為：窗片直徑；圓波導直徑；圓波導長度。本節(jié)為說明此種結構可行，并且使仿真優(yōu)化過程簡單迅速，給定窗片直徑為。參考常規(guī)輸出窗的設計過程與分析結果。我們可以大膽猜想，如圖3-5所示圓波導的長度主要影響窗函數(shù)的中心頻率，而圓波導的直徑則主要影響窗函數(shù)的波形。優(yōu)化過程可以先確定窗函數(shù)波形，后調(diào)節(jié)中心頻率，使優(yōu)化過程盡量簡潔。所以非常規(guī)輸出窗的設計步驟如下所示。與頂鍔筍類謾蠑紀黽廢。具體優(yōu)化步驟為：1、將窗片直徑設為經(jīng)行仿真設計。為給定條件。2、暫將圓波導長度定位，改變圓波導直徑進行CST優(yōu)化。3、得到滿意的窗函數(shù)波形后，再改變圓波導長度，使在要求頻段得到較好的帶寬。4、對得到模型經(jīng)行微調(diào)，確定最終模型。即本節(jié)只討論這種模型的可行性，主要仿真優(yōu)化圓波導的長度與直徑。從而由此指導實際工程這種非常規(guī)輸出窗的設計。結釋鏈蹌絞塒繭綻綹蘊。需要指出非常規(guī)輸出窗，并非其上一種模型。并且窗片直徑也并非固定，但在改變窗片直徑時，為得到較好的帶寬，圓波導的直徑和長度也要隨之加以改變。餑詘鉈鯔縹評繒肅鮮驃。3.2.1圓波導直徑的優(yōu)化由以上分析得，窗片尺寸已定。為精確與便于CST仿真起見，用圓波導半徑經(jīng)行優(yōu)化對應常規(guī)輸出窗設計，也可先將圓波導半徑從以步長進行變化。其結果如圖3-7、圖3-8所示。爺纜鉅摯騰廁綁藎箋潑。 圖3-7圓波導半徑優(yōu)化（ ）圖3-8 圓波導半徑優(yōu)化（ ）由圖3-7、圖3-8 可見。在圖3-7中波形很不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生跳變，而圖3-8中波形較為穩(wěn)定。圖3-8結果明顯優(yōu)于圖3-7結果。錁熾邐繒薩蝦竇補飆贗。在圖3-8中時帶寬較寬，波形也比較平坦，但在中心頻率處出現(xiàn)波谷，是我們不愿看到的。時雖波形平坦，且沒有較大跳變，但衰減明顯大于，并且其半徑等度窗片半徑，不符合設計要求。，雖在波段也有跳變，但繞開了中心頻率。我們可以通過改變圓波導長度使其跳變遠離中心頻率。且在整個波段衰減較小。綜合兩方面考慮，選擇作為圓波導半徑。曠戧輔鑽襉倆瘋謅琿鳳。在這里討論下為何波形在某些頻率會出現(xiàn)跳變。由于盒型輸出窗結構的限制，使得輸出窗在某些頻率處出現(xiàn)諧振，從而導致在頻率處反射系數(shù)非常大。但其諧振特性很不穩(wěn)定，頻率稍加變化就停止。從而出現(xiàn)有峰值出現(xiàn)的波形。但這種情況是我們說不愿看到的，我們可以通過改變圓波導的直徑與長度，使其諧振頻率繞開要求所在頻段。從而得到較為平坦的波形，滿足設計所需。轉厙蹺僉詘腳瀕諮閥糞。3.2.2圓波導長度的優(yōu)化 由以上分析可得，整個輸出窗參數(shù)，除圓波導長度未定外，其余參數(shù)全部確定。參照常規(guī)輸出窗圓波導優(yōu)化方法。將圓波導半徑定為，圓波導長度在范圍內(nèi)以步長進行優(yōu)化。其結果如圖3-9所示。嬤鯀賊灃謁麩溝賚淶鋸。圖3-9 圓波導長度優(yōu)化（，步長）可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，在時波形最為平坦，且?guī)捿^寬。但缺點在于波形中點不在中心頻率處。此時可以對進行微調(diào)，以達到設計要求。訊鎬謾蟈賀綜樞輒鎖廩。為使效果進一步優(yōu)化，分別將在和進行步長為的優(yōu)化。其效果如圖3-10、圖3-11所示。 圖3-10 圓波導長度優(yōu)化（，步長） 圖3-11 圓波導長度優(yōu)化（，步長） 由上圖可得在區(qū)間內(nèi)隨著 的增加。窗函數(shù)中心頻率逐漸向低頻移動。但在時波型在低頻出波動較大，性質(zhì)不穩(wěn)定?？傻贸鲈?時波形穩(wěn)定，且窗函數(shù)中心頻率最接近波段中心頻率。綜上所述選取作為圓波導長度。兒躉讀閌軒鯀擬釔標藪。3.2.3結構微調(diào)驗證 由以上分析可得出非常規(guī)輸出窗基本結構參數(shù)，得出主要優(yōu)化參數(shù)圓波導半徑，長度。我們是先優(yōu)化半徑后確定長度。為證明此結構確實為最好結果，現(xiàn)在反過來，將長度定位，微調(diào)圓波導半徑，在 范圍內(nèi)以步長 最微調(diào)驗證，其結果如圖3-12所示?？壧A詞嗇適籃異銅鑑驃。 圖3-12 圓波導結構微調(diào)（，步長） 由上圖可以很明顯的看出，在 為最佳情況。除此之外，要么波形很不穩(wěn)定，出現(xiàn)跳變明顯；要么帶寬過小，不滿足設計要求。鮒簡觸癘鈄餒嬋鏘戶潑。通過以上反復驗證與優(yōu)化，最終確定這種非常規(guī)輸出窗的最終結構。即為：具體參數(shù)：矩形波導長寬高為 ； 窗片直徑 ； 窗片厚度 ； 圓波導長度； 圓波導直徑。3.2.4結果分析討論 這種窗片直徑不等于圓波導直徑、圓波導直徑不等于矩形波導對角線長度的非常規(guī)輸出窗，經(jīng)CST仿真優(yōu)化，確定參數(shù)，得到最好的輸出效果，為說明確實可行。下面來驗證以上確定模型的帶寬是否滿足設計要求。透射系數(shù)如圖3-13、圖3-14所示。瞇毆蠐謝銀癩嘮閣蹺贗。圖3-13 最終模型透射系數(shù)S21圖3-14 最終模型透射系數(shù) 可以很清楚的觀察到在 頻段，所確定的結構波形與常規(guī)模型模型非常相似。在中心頻率處透射系數(shù)很平坦。為確定帶寬將圖3-16放大取 部分，得圖3-15。閔屢螢馳鑷雋劍頌崗鳳。圖3-15 最終模型透射系數(shù) 觀察上圖可得在頻段 時滿足技術指標。其，很好的滿足設計要求。綜上所述，這種非常規(guī)輸出窗模型確定，且透射系數(shù)完全滿足所要求技術指標。證明了其確實可行。3.3半徑 藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗設計3.3.1盒型窗的窗片分析輸出窗是在一段波導管中焊接絕緣介質(zhì)片 ，兩端焊接連接波導法蘭或者直接與其他部分焊接在一起而構成部件的一部分。如速調(diào)管的輸出窗，駐波加速管的輸出窗等。它的作用是然電磁波無反射地通過它傳輸，僅有很小的插入損耗，并把超高真空與充氣狀態(tài)和大氣隔離開來。在高頻率、高功率并要求緊密封裝要求下，常規(guī)的盒型輸出窗已經(jīng)不能滿足工程要求。所以為進一步提高盒型輸出窗的工作效率，設計出非常規(guī)的盒型窗，以滿足要求并將其應用到工程實際。檁傷葦開閾燈傘饉諧糧。以上分析僅證明了這種非常規(guī)盒型輸出窗的可行性。由于3.2中所用窗片半徑為，與實際工程要求窗片半徑相比還是過小。本節(jié)我們將具體分析并設計半徑為3mm的藍寶石窗片非常規(guī)盒型輸出窗。 鄭餼腸絆頎鎦鷓鮞嚶錳。介質(zhì)窗片是輸出窗的重要組成部分。介質(zhì)材料的好壞、窗片的大小、焊接工藝等直接影響輸出窗的工作性能和使用壽命。一般情況下窗片是直接焊接在無氧銅等金屬波導上。它的引入會帶來如下問題：棄鈾縫遷馀氣鰷鸞覲廩。1、波導的不均勻使電磁波發(fā)生散射，限制了輸出窗的功率容限和帶寬。2、在高頻場的直接照射下，介質(zhì)片會因高頻損耗而產(chǎn)生大量熱量。窗片的冷卻是輸出窗的重大問題。3、由于介質(zhì)材料的抗電強度不高，容易發(fā)生電介質(zhì)擊穿而損壞輸出窗。4、場的不均勻性導致熱效應的不均勻。使介質(zhì)窗片上產(chǎn)生溫度梯度。當它超過一定的限度時，產(chǎn)生的熱應力會使窗片破裂，調(diào)誶續(xù)鷚髏鋮饅喪劉藪。5、電子直接打在窗片上產(chǎn)生的二次電子發(fā)射，有時甚至形成電子倍增效應。造成窗片的溫度局部增高而破損。介質(zhì)材料在高頻場中，一般有傳導損耗和容性損耗。對于電容率較小的介質(zhì)材料可以忽略介質(zhì)內(nèi)載流子運動產(chǎn)生的傳導損耗。在窗片與波導焊接處歐姆電阻較大的情況下會產(chǎn)生較大的傳導損耗。但這可以通過采用合理的焊接工藝來消除。容性損耗是有介質(zhì)的離子、分子與微波共振產(chǎn)生。輸出窗介質(zhì)窗片中產(chǎn)生的平均容性損耗功率密度為：厲聳紐楊鱔晉頇兗蓽驃。 苧璦籮藶黃邏閂巹東澤。式中為角頻率、是介質(zhì)復介電常數(shù)的虛部、是損耗角正切、 為介質(zhì)窗片內(nèi)的總電場、包括行波場和駐波場。由式（3-3-1）可以看出，介質(zhì)材料容性損耗的功率直接與介質(zhì)介電常數(shù)的虛部或損耗角正切成正比。輸出窗材料的選取主要賴于以下幾個方面：1、 有較高的介質(zhì)抗電強度；2、 介電常數(shù) 和損耗角正切盡可能小；3、 熱傳導系數(shù)和機械強度盡可能高；4、 較小的二次電子發(fā)射系數(shù)；5、 適當?shù)呐蛎浵禂?shù)和工藝可靠性；6、 易于金屬化的能力；7、 無毒性。總的來說，輸出窗的介質(zhì)材料要求苛刻。要完全符合輸出窗用介質(zhì)材料的上述要求是十分困難的?，F(xiàn)在使用的介質(zhì)材料最常見的有純度為和的陶瓷，其機械性能好、耐高溫、易加工、氣密性好、損耗小，但導熱性不太好，介電常數(shù)偏大。氧化鈹陶瓷有很好的熱傳導性能和很小的介電常數(shù)、損耗小，但氧化鈹粉末的毒性給加工制作造成了困難。氧化硼導熱性能好，但其硬度高，不易加工，且價格昂貴。陶瓷介電常數(shù)偏大，無法匹配。氧化鎂、陶瓷抗張強度低；溫度升高，損耗增大太快。熔凝石英有很小的介質(zhì)損耗、介電常數(shù)小，但介電強度和熱膨脹系數(shù)都很小，并且在高溫下會變軟。藍寶石（單晶）介質(zhì)損耗很小，機械強度高，可以加工成厚的高精度氣密薄片，密度大，無空隙和晶界玻璃物質(zhì)，顯微結構均勻致密，因此在高功率電平下不易產(chǎn)生熔融擊穿，使用溫度高，可以承受焊接與真空排氣時的高溫。與陶瓷比較起來，藍寶石損耗小，熱傳導性能有所提高，適合高功率微波管的輸出窗片。鴿攝禱鋅儀憚銼嚕緡贊。綜上本設計采用藍寶石作為輸出窗窗片 有上分析可見，由于采用藍寶石作為窗片，且窗片直徑遠大于矩形波導，使盒型輸出窗的結構發(fā)生較大變化，從而等效電路也發(fā)生變化。但3.2節(jié)通過實驗的方法證明了此種非常規(guī)盒型輸出窗的可行性。下面將參考3.2節(jié)設計步驟設計窗片半徑為的盒型輸出窗。簞嗇癲剴凈趕鉤嬙鱷鳧。3.3.2結構優(yōu)化由于此結構窗片尺寸加大，采用CST經(jīng)行優(yōu)化仿真速度非常緩慢。只好采用最為稀疏的網(wǎng)格進行分析，以提高速度。但由于網(wǎng)格較少，必然會影響計算精度，在以后的分析中出現(xiàn)波形的波紋，沒有以上兩節(jié)所見最優(yōu)結構波形平滑，也在所難免。頑鷙瑪濱廈峴轆庫糞糧。與3.2節(jié)相同，此結構主要分析參數(shù)也為圓波導直徑與長度。其他參數(shù)除窗片直徑外加以套用，由此可得：已知參量為:兩端矩形波導長寬高 ；窗片厚度：；窗片半徑：。未知參量為：圓波導直徑；圓波導長度。下面開始具體分析。3.3.2.1原模型套用 由3.2節(jié)得到的非常規(guī)盒型輸出窗模型與本模型基本相同，差異點僅為窗片半徑，并且優(yōu)化得到了圓波導的尺寸很好的滿足了設計要求。所以大膽套用所求得的圓波導尺寸圓波導長度；圓波導直徑。并用CST建模得到透射系數(shù)S21在要求頻段波形如圖3-16所示。漬閫熾訣團諳賡戰(zhàn)餛錳。表3-16 套用模型S21線性波形可以很明顯的看到圖3-16中，在時波形還較為平滑，衰減也較小。但在中心頻率處由于衰減過大，高頻時波形顯得雜亂無章。因此完全不符合設計要求，為說明這種情況將S21裝換為如圖3-17所示，波形將更為明顯。鐸輜澠頂嫻塊謂斕痹廩。因此由于窗片半徑的變化，僅僅加以套用3.2節(jié)結論，完全不能解決問題。所以可知隨著窗片尺寸的變化，圓波導尺寸也應相應加以改變以滿足設計要求。搶觀淚婭師謳論櫚陣蘚。圖3-17 套用模型S21波形3.3.2.2優(yōu)化過程 由于本模型網(wǎng)格過多，用CST采用常用的逐漸改變某一參數(shù)數(shù)值，經(jīng)行優(yōu)化，計算速度將非常緩慢，優(yōu)化過程將更加緩慢。因此本節(jié)采用同時改變圓波導的長度與半徑兩個變量，取出這兩變量的一些組合，觀察其趨勢。在得到較好效果后再進一步優(yōu)化。從而節(jié)約優(yōu)化時間。賊組櫻種愨單蝕渾潷騾。經(jīng)反復計算僅挑出以下具有階段性效果的圖進行說明。下圖3-18為圓波導長度；圓波導半徑的透視系數(shù)線性波形。圖3-18 階段1，S21波形由上圖可見雖然波動較大，波形波谷分為不同的區(qū)間，且在中心頻率處衰減過大，但可以發(fā)現(xiàn)其波形在某些波段波形還是比較平滑，且透射效果也比較好。如圖3-19將其S21用波特圖表示效果更佳明顯。圓漣檸賡搗蕷艫燁錘澤。圖3-19 階段1，S21 波形因此可以進一步在其基礎上對圓波導參數(shù)加以微調(diào)，將透射效果較好的波段帶寬變寬，并移動其中心頻率。使其滿足設計要求。蟄彎擼鯁棖佇緡癟槧贊。下圖3-20為圓波導長度；圓波導半徑的透視系數(shù)線性波形。圖3-20 階段2，S21波形可見上圖較好段波形雖更佳平滑，但衰減也比較大。需要進一步優(yōu)化。同時可以看出其帶寬有展寬的趨勢。為便于觀察取其波特圖如圖3-21所示。義淨擁捫毆脅紙窺鈑鳧。圖3-21 階段2，S21 波形通過上圖可以很明顯的看出，如果將在中心頻率處的波谷移除，則設計基本可以滿足要求。所以需進一步優(yōu)化。綜合以上兩組數(shù)據(jù)再次設圓波導長度；圓波導半徑的透視系數(shù)線性波形如圖3-22所示。綏驊懸縉澀鷂禍紳撻糧。圖3-22 階段3，S21 波形可以明顯看出最優(yōu)波段帶寬進一步展開，衰減也進一步變小。但在中心頻率附近還是有波谷出現(xiàn)。求其波特圖如圖3-23所示。饅鎖開鑰燜緒玨編軻錙。圖3-23 階段3，S21 波形優(yōu)化進步效果非常明顯，可以猜想最優(yōu)效果就在其附近。由3.2節(jié)的猜想圓波導長度主要影響波形的中心頻率，而圓波導的半徑則主要影響波形，影響其諧振的頻率值。下一步工作主要目的為移除中心頻率附近處波谷，所以可通過改變圓波導半徑加以實現(xiàn)。經(jīng)反復計算與猜想，將圓波導長度定為；圓波導半徑定位。得到其透射系數(shù)如圖3-24所示。獄質(zhì)嶇僅痺鮚潰脫幀開。圖3-24 階段4，S21 波形很明顯，波形更佳平滑平坦，在中心頻率處衰減也更小。為更明顯說明效果取其波特圖如圖3-25所示。圖3-25 階段4，S21 波形由上圖對比圖3-4、圖3-24，可見上圖與3.1節(jié)與3.2節(jié)所求最優(yōu)模型波形非常相似。由此確定半徑3mm藍寶石窗片輸出窗最優(yōu)模型。需要指出以上結果是經(jīng)反復猜想比對所得，并非直接計算所得，本節(jié)設計主要方法為實驗法