高功率微波窗電熱力特性的協(xié)同仿真研究.pdf

1、微波窗（包括微波輸入窗和微波輸出窗）是微波管的重要部件，其作用有二：將管內(nèi)真空與外界大氣環(huán)境相隔離；將管內(nèi)信號(hào)盡可能無損地耦合出去（饋出）或?qū)⒐芡饧?lì)無損耦合進(jìn)來（饋入）。因其有將信號(hào)從一側(cè)傳輸?shù)搅硪粋?cè)的作用，有時(shí)也將微波輸入窗和微波輸出窗不加區(qū)分，概括地稱之為輸出窗。
　　微波窗的發(fā)展是伴隨著微波電真空器件的發(fā)展而發(fā)展的。自上世紀(jì)被發(fā)明以來，微波管就一直在向著更高頻率和傳輸更高功率的方向發(fā)展著，以滿足人們?cè)诠I(yè)應(yīng)用和科學(xué)研究中不

2、斷增長(zhǎng)的需求。這其中，微波窗性能的優(yōu)劣將對(duì)整管的增益、帶寬、電子注與電磁波互作用的效率、功率容量等方面有著直接的影響，與系統(tǒng)的可靠性和壽命也同樣密切相關(guān)。尤其在高功率微波真空電子器件中，微波窗的損壞已成為限制微波管功率進(jìn)一步提升的瓶頸。
　　以往人們對(duì)微波窗的研究，一般是通過對(duì)其電參數(shù)的分析、仿真來進(jìn)行微波窗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)高功率應(yīng)用中窗片受熱時(shí)的狀態(tài)多是概略的描述，對(duì)熱、力特性的深入分析相對(duì)較少，也缺乏對(duì)微波窗受熱形變后對(duì)電參數(shù)的

3、反饋影響的考慮。而在傳輸高功率的情形下，熱量的過度累積很可能會(huì)對(duì)微波窗產(chǎn)生損害，甚至對(duì)其電特性產(chǎn)生較大負(fù)面影響。因此，對(duì)微波窗進(jìn)行電、熱、力特性的多物理場(chǎng)協(xié)同仿真研究，有著重要的實(shí)際意義。
　　本論文結(jié)合理論分析和計(jì)算機(jī)仿真方法，從微波窗的基本設(shè)計(jì)理論出發(fā)，分別對(duì)兩種不同應(yīng)用中的高峰值功率微波窗和高平均功率多層介質(zhì)微波窗作了相應(yīng)的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了其電熱力特性的協(xié)同仿真研究，滿足了相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本論文的主要工作和創(chuàng)新包括：
　　

4、1.深入研究了微波窗的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)闡述了微波窗損壞的機(jī)理。對(duì)微波窗設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，尤其是在提高微波窗功率容量、避免微波窗損壞上，對(duì)各種可行設(shè)計(jì)方案作了細(xì)致的探討與總結(jié)。
　　2.研究手段上，通過ANSYS Workbench仿真平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)、熱、力與結(jié)構(gòu)的多物理場(chǎng)協(xié)同仿真分析。通過這種方式，載荷的加載和所模擬的過程會(huì)更加準(zhǔn)確而完整，對(duì)微波窗的設(shè)計(jì)工作具有更好的指導(dǎo)意義。
　　3.設(shè)計(jì)了加速器中應(yīng)用的高峰值功率圓錐形窗片結(jié)構(gòu)