毕业论文-盒型输出窗研究.docx
《毕业论文-盒型输出窗研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业论文-盒型输出窗研究.docx(28页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、摘要摘要随着一系列通信的实际应用需求的增长,毫米波真空器件得到了大范围的应用。而在各类毫米波真空器件中大多采用以波导为接口的输出窗结构。输出窗的作用是隔绝真空器件内部的真空和大气的连接,但不妨碍微波功率的传输,这就要求输出窗的设计必须满足一定的能量传输要求。在窗内要求有最小的反射或损耗,因此要求输出窗匹配良好,工作频带宽,功率容量大,并且在一定频宽内其|S21|db-0.3。根据这要求设计满足条件的输出窗,不断改变其参数设置,进行多次仿真找到符合条件的输出窗模型。微波仿真软件CST为德国CST公司开发的高级无源滤波器件及天线仿真软件包,能仿真多种微波真空器件,给出S等参量。本课程设计以CST软
2、件为基础,设计理想模型并仿真,最后得出理想模型的尺寸与仿真参数。关键字:盒型窗,太赫兹输出窗,非常规输出窗,CST软件仿真24AbstractABSTRACTAs the growth of the practical application of a series of communications needs, millimeter-wave vacuum device has been a wide range of applications. And mostly used in all kinds of millimeter-wave vacuum device waveguide
3、was favorable for the formation of the interface window of transmitting energy. Output window is used to isolate vacuum device inside the vacuum and atmospheric connection, but dont get in the way of microwave power transmission, which requires the output window design must satisfy certain energy tr
4、ansmission requirements. Requires minimal reflection or loss within the window, so the required output window matching is good, wide working frequency band, large capacity, power and the standing wave ratio within a certain bandwidth, |S21|db-0.3.According to these design satisfies the requirement o
5、f the output window, change the parameter Settings, multiple simulation find qualified model of the output window.CST microwave simulation software CST for Germany company to develop advanced passive filter and antenna simulation software package that can simulate a variety of microwave vacuum devic
6、es, S and other parameters are given.This course design based on the CST software, design the ideal model and simulation, and finally concludes that the size of the ideal model and simulation parameters.Key Words: Window box model design, Output Window Of THz, Irregular Type Window. CST目录目录第一章引言11.1
7、 课题背景11.2 盒型输出窗研究现状11.3 研究输出窗的目的和意义41.4 课题的内容4第2章盒型输出窗的理论分析62.1 引言62.2 常规盒型输出窗等效电路理论分析62.3盒型输出窗的设计步骤13第3章盒型输出窗的模拟计算与分析143.1 常规盒型输出窗的设计143.1.1 基本参数的确定153.1.1.1 矩形波导尺寸153.1.1.2 窗片尺寸153.1.1.3 圆波导尺寸163.1.2 CST模型优化173.1.3 结果分析讨论193.2 非常规盒型输出窗设计的模型分析203.2.1 非常规输出窗理论分析203.2.2 圆波导直径的优化213.2.3 圆波导长度的优化233.2.
8、4 结构微调验证253.2.4 结果分析讨论263.3 半径3mm蓝宝石窗片非常规盒型输出窗设计273.3.1 盒型窗的窗片分析273.3.2 结构优化303.3.2.1 原模型套用303.3.2.2 优化过程313.3.2.3 结构证明353.3.3 结果分析讨论36第4章结束语38参考文献39致谢40附录41外文资料原文42翻译文稿49第1章 引言第一章 引言1.1 课题背景输出窗是伴随着微波电真空器件的出现而诞生的,是大功率微波电真空器件、加速器和其他大功率微波电子系统的关键部件。本论文所建模型为输入波频率在320GHz左右的盒形窗设计,利用微波仿真软件CST进行仿真,并进行数据的整理和
9、分析,考虑到实际的加工需要,得到实际情况下的盒形窗模型高频输出窗的形式是多种多样的,盒型窗是将一个圆盘介质片密封在截面相同的圆波导中,两端通过转换和矩形波导相连。盒形窗由输入和输出矩形波导段、矩形-圆波导过渡段、圆波导段和介质窗片等组成,这种窗的优点是承受的功率容量大,频带宽,结构简单,在工艺上也比较成熟,但结构的跳变过度引起传输高频场的畸变并可能形成某些特定频率的谐振。陶瓷阶梯窗利用逐渐变换而获得阻抗匹配,这种窗使用于工作波长短的速调管,在20%频带内驻波比可小于。大功率输出窗对于其他微波电真空器件而言,具有相似的作用:允许高频能量通过同时保证微波电真空器件内部的气密性。大功率输出窗的频带特
10、性,功率水平、工作寿命制约着高功率微波电真空器件的进一步发展。1.2 盒型输出窗研究现状图1-1是一种常规圆盘形盒型输出窗模型。通常矩形波导的尺寸是根据 单模工作的频率范围采用标准波导,而圆波导段直径 则依据输出微波功率和高频场强强度大小及 单模工作的频率范围选则确定,通常情况下圆波导直径 与矩形波导的对角线近似相等,俗称“对角窗”。窗片厚度和圆波导的长度( )的选择则取决于工作频率范围和频段宽度。 圆波导矩形波导 影响这种盒型输出窗性能的主要因素包括:1. 输出窗窗片的位置,即 和 的大小和相对关系。若 ,即输出窗为对称窗,这时通常输出窗两端采用尺寸相同的矩形波导,这种输出窗的频带较宽,是比
11、较常用的一种输出窗结构。若 ,即输出窗为非对称窗。2. 输出窗窗片的几何形状和尺寸。由于窗片焊接在圆波导中,如果窗片的直径过大,则圆波导的直径也相应变大,高次摸不容易截止。窗片的直径过小,对传输高功率不利,同时矩形波导与圆波导的连接也不易做到宽带匹配。一般选取圆波导的直径等于矩形波导截面的对角线。 。窗片材料的介电常数和损耗系数既影响输出窗的频带特性和透射系数,又影响输出窗的热耗散特性和散热能力,同时对金属窗片封接强度和应力平衡必须充分考虑。在微波波段常用的输出窗窗片材料有氧化铝、氧化铍、氮化硼等。3. 输出窗中矩形波导与圆波导的连接处的波导盖板的形状将影响输出窗的带宽。通常输出窗中方波导与圆
12、波导之间的 ,方圆过渡的跳变不连续将引起并联电感或电容的变化,波导盖板的形状则直接影响这种电纳变化的大小和性质。输出窗焊接工艺过程中焊料流散的均匀与否同样影响输出窗的驻波和热耗性能。焊料流散不好将使窗片和圆波导连续不均匀,引起不同频率波的驻波特性变化不连续或增加介质损耗。4. 输出窗的冷却状况较好,相对来说,窗片的热量积累就少,输出窗就能容许更高的峰值功率和平均功率,同时能延长其工作寿命。目前,普通盒型输出窗得到了比较好的应用。但是随着科学技术的高速发展,各个领域对微波电真空器件的性能提出了更高的要求,输出窗的频带特性,功率水平、工作寿命制约着高功率微波电真空器件的进一步发展。本文主要讨论一种
13、非常规的盒型输出窗,改变窗片与变换阶段圆波导的尺寸。使其既满足工程指标又实际可行,从而具有一定科研价值。1.3 课题的内容蓝宝石 是一种高密度的介质材料,在毫米波段且具有低损耗特点。选用蓝宝石作为窗片,对展带宽和降低损耗具有积极的作用。本文采用蓝宝石窗片,尝试改变输出窗圆波导的尺寸、窗片的直径来改善输出窗的性能,希望在频率290GHz-350GHz范围内得到较宽的带宽。本文采用CST三维计算软件来计算分析盒型输出窗,希望以此来改善高频输出窗的匹配特性,以求得到大的带宽和很好的透射特性。并应用于工程实际。主要内容包括以下3个方面:1由于要求频带为290GHz-350GHz,频率过高,所以采用盒型
14、输出窗厚窗结构。根据盒型窗等效电路,计算出常规盒型输出窗模型参量指标。并运用CST予以仿真。2讨论一种非常规的盒型输出窗模型,即窗片尺寸不等于圆波导尺寸。运用CST三维计算软件予以优化,得到满足所要求带宽与衰减的模型。3考虑到工程实际,所采用的窗片不可能太小。所以采用现有半径为3mm的蓝宝石窗片,设计适合于320GHz传输的盒型窗结构并模拟优化。第2章 盒型输出窗的理论分析第2章 盒型输出窗的理论分析2.1 引言输出窗不仅是让高频能量尽量无反射、无损耗的通过,而且要保持微波电真空器件内部处于高真空状态。在输出窗自身结构中,各尺寸参数起着重要的作用,直接影响输出窗的工作频率、频带、透射系数,而窗
15、片则影响着微波输出功率承受能力以及真空密闭和机械性能。过去对盒型窗的研究中,主要针对的都是常规标准波导,如图1-1所示,对于两端连接不同矩形波导的盒型窗,因为频带不易做宽,通常只用在某些特殊的器件中,本文只对两端对称的盒型窗进行分析,即 ,并且 。通常从等效电路的角度分析这种常规盒型输出窗2.2 常规盒型输出窗等效电路理论分析由于在矩形波导和圆波导中都是单模工作,波导边界的跳跃改变和材料性能的变化可以等效为电路中电容的电纳,其等效电路表示为图2-1。 图2-1 盒型输出窗等效电路图 如图1-1所示常规盒型输出窗是在 单模工作的矩形波导中插入一段 单模传输圆波导,再在圆波导中间封接一片圆盘型窗片
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业论文 输出 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-3941711.html