微波输能窗是微波电真空器件的重要组成部分。输能窗除了能保证微波电子器件工作在真空条件下外,还要在保证在反射尽量小的情况下使微波能够顺利地输入与输出,同时避免管内震荡的产生。盒型窗具有结构简洁、工艺成熟、冷测带宽较宽等优点,加之窗片表面电场较弱,峰值功率承受能力强,在结构上易于冷却,在行波管、磁控管、回旋管、速调管和加速器等领域得到了广泛使用。在以往对盒型窗的研究中,大多是针对陶瓷窗片进行设计和仿真,本文将主要从蓝宝石和CVD金刚石窗片出发进行讨论和仿真设计,同时对各种窗片材料做了归纳、分析和比较。在输能窗结构上大部分学者仍采用的是经典盒型窗结构,但也有学者在盒型窗中加入感性膜片以达到匹配,还有学者采用具有截止波导的盒型窗结构和具有渐变结的窗结构。在本文中采用突变结盒型窗结构分析等效电路理论,并在使用蓝宝石情况下对等效电路进行了拓展讨论。本文仿真设计了蓝宝石材料和金刚石材料窗片输能窗以及太赫兹频段的输能窗。经过设计仿真发现,蓝宝石和金刚石适合于高频段的盒型窗要求。本文的工作包括以下几个部分:对盒型窗的传统等效电路理论进行了分析和推导,并在蓝宝石作为窗片材料的情况下对盒型窗等效电路理论做了延伸讨论。系统地列举并比较了各种窗片材料,重点论述了蓝宝石和CVD金刚石的结构及其特点,分析了功率和电压定义的阻抗比公式,对传统理论进行了有益的归纳和补充。在越来越多学者选择窗片材料时逐渐倾向于宝石材料的形势下,对等效电路理论中宝石材料的分析和讨论具有一定的理论意义。分析和阐述了盒型窗中出现魔模的原因和避免方法,推导了窗片温升的计算公式。本文仿真设计了一款蓝宝石窗片盒型窗,并结合项目需要加工制作了样品并进行了测试,测试结果显示其性能满足项目需求。本文还仿真设计了一款W波段的CVD金刚石输能窗和一款频率为180GHz-220GHz的太赫兹输能窗,仿真结果说明CVD金刚石作为太赫兹窗窗片在理论上具有一定的可取性。