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高功率回旋管输出窗的研究

徐勇  
【摘要】: 输出窗是高功率回旋管的关键部件之一。它的好坏直接影响回旋管的性能,甚至整管研制的成败。如果窗片的反射升高,在高功率情况下返回到高频系统的功率将显著上升,引起寄生模式在高频系统中自激振荡,从而降低回旋管的高频输出功率和模式纯度,乃至于使回旋管不能正常稳定工作。可见设计出低反射输出窗片非常重要。由于窗片介质损耗因子的存在,当微波通过输出窗时会在窗片中产生高频介质损耗,微波的功率越高,产生的热量就越多。这就会导致输出窗片温度过高,热应力过大。当窗片的热应力超出它的承受能力时,窗片就会破裂。因此,有必要对输出窗进行热分析研究,为输出窗的设计提供理论依据。 本文对回旋管输出窗的设计方法和输出窗片的介质材料进行了概述;推导出了输出窗片的反射率与其厚度的关系式以及输出窗片内的场幅值分布的表达式。对回旋管输出窗片的设计进行了优化;计算了输出窗在连续波功率、脉冲功率条件下的温度分布和应力分布;计算了回旋管输出窗的功率容量。 主要工作如下: 一.概述了回旋管输出窗的设计以及输出窗片的介质材料的要求;比较几种常见介质材料的的特点;分析了输出窗损坏的主要原因。 二.利用反射定律,折射定律以及Fresenel定律研究了回旋管输出窗片的厚度对输出毫米波的反射率的影响,进而对输出窗片的厚度进行了优化,计算了工作在不同中心频率和不同模式下回旋管的无反射蓝宝石输出窗片的厚度;研究了输出窗片内瞬时场幅值分布以及输出窗的反射率与频率的关系。 三.计算了回旋管输出窗片上的吸收功率面密度分布。用有限差分法对回旋管输出窗在连续波功率、脉冲功率条件下的温度分布进行了计算和分析。 四.对回旋管输出窗的热应力进行了计算和分析,并对工作模式为H01模的回旋管输出窗在几种不同介质材料下的功率容量进行了计算。


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