圆柱盒型窗的连续波功率容限问题的研究.pdf

2 2 2 Ξ y 　第 15 卷 　第 11 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 11 　 　2003 年 11 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Nov. ,2003 　 文章编号 :1001 4322 (2003) 11 1111 06 圆柱盒型窗的连续波功率容限问题的研究 林福民 , 　丁耀根 , 　沈　斌 , 　徐寿喜 ( 中国科学院 电子学研究所 ,北京 100080) 　　摘　要 : 　运用精确的解析推导方法对圆 TE11 模微波窗的额定平均功率公式做了修正 ,给出了圆柱盒型 窗中介质窗片温升的具体计算方法 ,并结合实际问题对圆柱盒型窗用于传输高功率连续波时的功率容限和鬼 模振荡的特殊危害性以及排除方法进行了详细的讨论 。研究结果表明 :在 L 波段 ,只要排除工作频带内的鬼 2 2 2 2 模 ,普通圆柱盒型窗用于传输 120～150kW 的连续波不成问题 ,并且可以得到 14 %左右的相对带宽 。 　　关键词 : 　高功率连续波2 ; 　微波窗 ; 　介质窗片 ; 　高频损耗 ; 　功率容限 ; 　鬼模 2 　　中图分类号 : TN122 ; TN815 　　　　文献标识码 :A 　　圆柱盒型窗具有频带宽并能承受高功率的优点 ,从而广泛应用于高功率微波管中 ,其性能好坏对微波管的 Ξ 稳定性和寿命有极其重要的影响。造成输出窗损坏的原因除了工艺方面之外 ,主要是由于介质窗片的损坏 ,这 通常会在以下两种情况下出现。第一种情况是 ,介质窗片受到高能电子或离子的轰击引起二次电子倍增效应 , 结果在介质窗片表面出现强烈的辉光放电 ,并使得介质窗片穿孔或破裂[1 ] ;第二种情况是介质窗片中高频损 耗产生的热量过多 ,导致介质窗片温度太高 ,由于材料热膨胀引起的强应力超出窗片的承受能力 ,使介质窗片 破裂[1～4 ] 。 　　研究表明 ,是否会引起二次电子倍增效应主要决定于传输波的功率、介质窗片的微观结构以及两边的真 空度或充气情况[1 ,3～5 ] 。对于峰值功率较高、平均功率较低的微波管而言 ,其输出窗主要考虑的问题是 ,如何 避免产生二次电子倍增效应和窗内局部电击穿等 ,但对于传输高平均功率或连续波的输出窗而言 ,防止微波损 耗所产生的热量导致介质窗片温度过高是最关键的问题。 　　热量的来源主要包括传输波通过介质窗片时产生的高频损耗和可能出现的鬼模振荡在介质窗片中产生的 附加高频损耗。当然还有其它一些次要的损耗也可能会在介质窗片中产生热量 ,但上述两项对高功率连续波 输出窗来说是最主要的热源 ,因此必须进行重点研究和详细计算。 1 　圆 TE11模微波窗的额定平均功率公式的修正 　　当微波传输过圆 TE11模介质窗片时将出现一定的介质电极化损耗 ,从而产生热量。在良好的冷却下 ,介