研究了W 波段高頻輸出窗的工作特性及三個關鍵結構尺寸對工作特性的影響規律。結果表明，駐波比小于1.2的頻帶為94.21~ 94.76 GHz；駐波比小于1.1 的頻帶為94.34~ 94.64 GHz；工作頻帶內無諧振模式；窗片厚度對工作特性影響最大。熱力學分析顯示，溫度最高點和應力最大點分別位于陶瓷窗片中心和邊緣；最高溫度和最大應力分別為117℃ 和144MPa。研制并測試了W 波段高頻輸出窗。測試結果表明，駐波比小于1.2 的頻帶為94.13~ 94.60 GHz，駐波比最小值為1.06,對應的頻率為94.40 GHz。

　　大功率速調管通過電子注與高頻場的相互作用將直流能量轉化為高頻能量，具有高輸出功率、高增益、長壽命、高穩定性等特點。帶狀束電子注降低了空間電荷效應，擴大了互作用區域，在低電壓下能獲得大的電流，帶狀注器件具有更高的功率輸出和發展潛力。在速調管中，電子注與諧振腔高頻場互作用產生的微波能量通過耦合手段輸送給負載。

　　輸出窗是解決高頻能量輸出和維持器件自身高真空度之間的相互矛盾而出現的，是大功率微波電真空器件、加速器和其它大功率微波電子系統的關鍵部件之一。輸出窗的主要功能是將速調管產生的微波功率通過矩形波導等傳輸線傳輸到天線等負載，同時分離管內的高真空環境和大氣環境。輸出窗的性能包括駐波-頻率特性、插入損耗、和能承受的功率容量等，對器件和系統的工作頻率、輸出功率、帶寬、可靠性和壽命等具有重要影響。輸出窗結構中，起主要作用的是介質片，一方面是應具有良好的機械性能以減小結構在工作狀態時的尺寸變化帶來工作特性改變；另一方面，微波從管內經過窗片傳輸至自由空間的過程中，阻抗失配產生的反射應當盡可能的小。

　　在大功率速調管中，窗片工作在高場強下，要求其具有高的介電強度和導熱能力，并具有小的介電常數和介質損耗。輸出窗的射頻損耗產生的熱量使輸出窗局部溫度升高，若熱量不能及時的傳導出去,將導致結構尺寸和高頻特性的改變，甚至造成炸裂和漏氣。W 波段高頻窗尺寸小，單位體積內產生的熱量大，對介質片的導熱性能要求更高。氧化鈹陶瓷具有高的熱導率和低的介電常數，是目前在高平均功率和高連續波功率速調管中更普遍采用的窗片材料。速調管高頻輸出窗的形式多種多樣，盒型窗具有承受功率容量大、結構簡單和工藝成熟的優點。在盒型輸出窗中，影響輸出特性的關鍵結構參數主要由介質窗片尺寸和圓波導尺寸。研究這些參數對工作特性的影響規律，對輸出窗和高頻管的成功研制起關鍵作用。

　　高頻輸出窗是速調管成功研制的關鍵部件之一。采用的研究方法為：通過計算機電磁仿真模擬輸出窗的工作特性，獲得其結構尺寸；研制出該高頻窗并通過測試驗證設計方案。仿真和實驗相結合,仿真結果指導實驗，實驗檢驗仿真結果，有利于更深刻的理解其工作原理并提高設計能力。本文旨在研制出用于94.5 GHz 帶狀注速調管高頻輸出窗。

1、理論分析

　　研制的高頻窗為盒型輸出窗，圖1 所示為盒型輸出窗結構示意圖，主要由輸入和輸出波導段、矩形-圓波導過渡段、圓波導段和介質窗片等部分組成，1為矩形波導、2為介質窗片、3為圓波導。

圖1 盒型輸出窗結構示意圖

　　對于在W 波段高功率輸出窗，采用傳統的盒型窗結構，為了獲得匹配，窗片厚度將變得很薄，陶瓷窗片和圓波導的封接難度大。窗片的厚度選定為1/2 填充介質波導波長，可以解決這個問題。另外，選用厚窗結構可以在一定程度上彌補氧化鈹陶瓷機械強度低的不足。

結論

　　通過模擬得到了W 波段盒型高頻輸出窗的工作特性，駐波比小于1.2 的帶寬為550 MHz，駐波比小于1.1 的帶寬為300 MHz。工作頻帶最近的諧振模式對應的頻率為91.55 GHz 和95.23 GHz，工作頻帶內無諧振模式。窗片的厚度是影響駐波-頻率特性的最關鍵因素，實驗中應嚴格控制。通過熱力學分析，得到了輸出窗的溫度和應力分布，最高溫度為117 ℃ ，最大應力為144MPa，最高溫度和最大應力分別低于氧化鈹陶瓷的極限溫度和機械強度，該高頻輸出窗可以滿足設計要求。

　　實驗并測試了設計的W 波段高頻輸出窗。結果顯示，駐波比小于1.2 的頻帶為94.13 ~ 94.60GHz；駐波比最小值為1.06，對應的頻率為94040GHz。測試結果與HFSS 模擬結果相比，帶寬一致;中心頻率偏差100 MHz。該高頻窗達到了設計要求；HFSS 可以用于盒型輸出窗設計。