[发明专利]一种膜片加载宽带矩形波导窗的快速设计方法

摘要

该发明公开了一种膜片加载宽带矩形波导窗的快速设计方法，属于真空电子器件微波输能窗技术领域。本发明的设计过程避免了使用精度有限的等效电路法以及繁琐的理论设计计算，而是直接利用能精确考虑膜片厚度和窗片的电磁仿真软件；同时，设计过程仅仅膜片厚度dt与膜片宽度d进行小范围的单向扫描优化，必要时调整窗片材料，所以克服了单纯利用三维电磁模拟软件进行设计所带来的耗时长、计算机资源消耗大等问题。本发明可以快速准确地得到满足特定性能要求的膜片加载宽带矩形波导窗的结构尺寸，是一种快速高效、便于操作的设计方法。

主权项

一种膜片加载宽带矩形波导窗的快速设计方法，包括以下步骤：S1、根据微波窗的中心频率与工作频率范围，选择矩形波导，确定其宽边尺寸a与窄边尺寸b；S2、选择陶瓷窗片的材料，根据中心频率的半个波导波长确定窗片厚度t；陶瓷窗片与矩形波导构成一个无膜片加载矩形波导窗；S3、利用电磁仿真软件对步骤S2构成的无膜片加载矩形波导窗进行频率扫描，在50％的相对带宽频带范围内仿真S11与S21曲线，获得S21与S11频率扫描曲线在低频处交点的频率值fmin；S4、根据步骤S3得到的fmin，得到膜片开口宽度的极小值dmin＝0.5c/fmin，其中，c为光速；S5、确定陶瓷窗片与匹配膜片之间的距离L：为矩形波导主模即TE10模在中心频率f0处对应的波导波长；S6、设置膜片厚度dt的初始值为dt0＝t/5，膜片开口宽度d的初始值d0＝0.96dmin；S7、利用电磁仿真软件对膜片厚度dt从初始值dt0至t/3进行扫描，获得频率范围在0.85f0至1.15f0之间的电压驻波比曲线，并找到电压驻波比VSWR曲线出现两个波峰时对应的临界膜片厚度dt，作为更新后的初始值dt0；S8、利用电磁仿真软件对膜片开口宽度d从初始值d0至1.04dmin进行扫描，获得频率范围在0.85f0至1.15f0之间的电压驻波比VSWR曲线，并观察电压驻波比VSWR曲线在所要求的频带范围内是否达到要求的性能指标；若是，此曲线对应的d值即为膜片开口宽度，设计完成；若否，找到电压驻波比VSWR图像上第二波峰即将消失时的临界值点d，作为膜片开口宽度更新后的初始值d0；重复步骤S7‑S8；S9、如果步骤S1‑S8没有找到满足性能要求的膜片加载矩形波导窗，则调整窗片材料，重复步骤S2‑S8，最终得到满足性能要求的膜片加载矩形波导窗。