專利名稱：一種曲折雙脊波導(dǎo)慢波線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及行波管放大器件。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代行波管已成為雷達(dá)、電子對抗、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、遙感等電子設(shè)備的重要微波電子器件。慢波線作為行波管注-波互作用以激勵微波能量的部件，則是行波管的核心，其性能直接決定著行波管的技術(shù)水平。在行波管中，使用最廣泛的慢波結(jié)構(gòu)為螺旋線和耦合腔。螺旋線的色散特性平坦，工作頻帶寬，在行波管中得到了廣泛應(yīng)用；但螺旋線行波管的輸出功率受到限制，特別是當(dāng)行波管工作于短厘米和毫米波段時，由于螺旋線橫向尺寸極小，散熱困難，其功率容量小。耦合腔的耦合阻抗高，互作用效率高，但這是以減小帶寬為代價的。此外，毫米波耦合腔行波管尺寸很小，加工、裝配精度要求高，成品率低，成本高。因此，尋找能工作在毫米波段，性能優(yōu)良的新型行波管慢波結(jié)構(gòu)就顯得十分必要了。
曲折波導(dǎo)慢波線，如圖1所示，是一類新型全金屬慢波線，它是由矩形波導(dǎo)1沿電場面(波導(dǎo)寬面)周期性彎曲成直角型曲折線或U型曲折線而形成的；再沿慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線2的位置在波導(dǎo)壁上開圓形通孔；然后在慢波結(jié)構(gòu)的每個周期性直角槽或U型槽的兩個圓形通孔之間，用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管3連接，形成電子注通道。曲折波導(dǎo)慢波線沿縱向?qū)ΨQ面的剖面圖如圖2所示。該慢波結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)大功率容量的同時，具有良好的寬帶性能。該結(jié)構(gòu)主要有機(jī)械強(qiáng)度高、散熱好、功率容量大、加工比較容易以及輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)相對簡單的優(yōu)點(diǎn)。同時，由于可以采用微細(xì)加工技術(shù)來制造，以曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)為核心的微型曲折波導(dǎo)行波管在毫米波段很有潛力成為一種大功率、小型輻射源，在軍事電子系統(tǒng)以及寬帶毫米波通訊等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
根據(jù)已有的國內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)道，雖然曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的絕對帶寬較大，但慢波結(jié)構(gòu)的相對帶寬較窄，有待于進(jìn)一步去提高。此外，隨著行波管工作在越來越高的頻帶上，曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的電子注半徑會明顯變小，這就要求周期永磁聚焦系統(tǒng)能提供足夠強(qiáng)度的縱向磁場，來保證電子注的流通率。


發(fā)明內(nèi)容
為了進(jìn)一步提高帶寬性能，拓展工作頻帶；同時為了更有效地利用聚焦系統(tǒng)的磁場資源，解決電子注半徑小所帶來的磁場聚焦問題，本發(fā)明提出了一種曲折雙脊波導(dǎo)慢波線。
本發(fā)明的核心出發(fā)點(diǎn)是基于相對于相同尺寸的矩形波導(dǎo)，雙脊波導(dǎo)中TE10模的截止波長更長，適用于更低的頻率，有更寬的工作頻率范圍；在截止波長相同時，雙脊波導(dǎo)的尺寸可以比矩形波導(dǎo)的尺寸更小。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種曲折雙脊波導(dǎo)慢波線，如圖3所示，由雙脊波導(dǎo)4沿電場面周期性彎曲成直角型曲折線或U型曲折線，形成慢波結(jié)構(gòu)；再沿慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線2的位置在波導(dǎo)壁上開圓形通孔；然后在慢波結(jié)構(gòu)的每個曲折周期結(jié)構(gòu)的直角槽或U型槽的兩個圓形通孔之間，用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管3連接，形成電子注通道。
曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)如圖4所示a為雙脊波導(dǎo)寬邊長度，b為雙脊波導(dǎo)窄邊長度，L為單個曲折周期結(jié)構(gòu)的曲折長度，p為單個曲折周期結(jié)構(gòu)的軸向長度，r0為電子注通道的半徑，a0為雙脊波導(dǎo)的脊寬，b0為雙脊波導(dǎo)的脊間距。雙脊波導(dǎo)的相關(guān)尺寸滿足2r0＜a0＜a，0＜b0＜b。
設(shè)定結(jié)構(gòu)尺寸(單位mm)a＝5，b＝1，L＝4.76，p＝1.5，r0＝0.5，a0＝2.5，b0＝0.4。利用三維電磁仿真軟件對曲折雙脊波導(dǎo)慢波線進(jìn)行仿真模擬，獲得其色散特性，并與普通曲折波導(dǎo)慢波線的色散特性比較，仿真結(jié)果如圖5所示。其中曲線5為曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性，曲線6為普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性。
從圖5中曲線5與曲線6的比較可以明顯看出曲折雙脊波導(dǎo)慢波線比曲折波導(dǎo)慢波線具有更低的截止頻率，更寬的通帶范圍，色散曲線更為平坦，能在更寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)注-波互作用同步條件。換一個角度來看，如果要求相同的截止頻率，則曲折雙脊波導(dǎo)的寬邊尺寸更小，慢波結(jié)構(gòu)橫截面尺寸更小。這就使得周期永磁聚焦系統(tǒng)的磁場區(qū)半徑相應(yīng)減小，從而有利于提高軸線上的縱向磁場強(qiáng)度，可以更有效地利用磁場資源。那么，在電子注電流相同的情況下，可以更好保證電子注在通道中的流通。



下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖1是普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的三維示意圖。
圖2是普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)沿縱軸方向的剖面圖。
圖3是曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的三維意圖。
圖4是曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的尺寸標(biāo)注圖。
圖5是曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)與普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性比較圖 在以上各圖中1是矩形波導(dǎo)，2是慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線，3是形成電子注通道的金屬管，4是雙脊波導(dǎo)，曲線5是曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性，曲線6是普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性。
具體實(shí)施方案 如圖4，在8mm毫米波段，曲折雙脊波導(dǎo)慢波線具體方案的結(jié)構(gòu)尺寸如下(單位mm) a＝5，b＝1，L＝4.76，p＝1.5，r0＝0.5，a0＝2.5，b0＝0.4。利用三維電磁仿真軟件對曲折雙脊波導(dǎo)慢波線進(jìn)行仿真模擬，獲得其色散特性，并與普通曲折波導(dǎo)慢波線的色散特性比較，仿真結(jié)果如圖5所示。其中曲線5為曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性，曲線6為普通曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性。
從圖5中曲線5與曲線6的比較可以明顯看出曲折雙脊波導(dǎo)慢波線比曲折波導(dǎo)慢波線具有更低的截止頻率，更寬的通帶范圍，色散曲線更為平坦，能在更寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)注-波互作用同步條件。換一個角度來看，如果要求相同的截止頻率，則曲折雙脊波導(dǎo)的寬邊尺寸更小，慢波結(jié)構(gòu)橫截面尺寸更小。這就使得周期永磁聚焦系統(tǒng)的磁場區(qū)半徑相應(yīng)減小，從而有利于提高軸線上的縱向磁場強(qiáng)度，可以更有效地利用磁場資源。那么，在電子注電流相同的情況下，可以更好保證電子注在通道中的流通。
權(quán)利要求
1、一種曲折雙脊波導(dǎo)慢波線，由雙脊波導(dǎo)(4)沿電場面周期性彎曲成直角型曲折線或U型曲折線，形成慢波結(jié)構(gòu)；再沿慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線(2)的位置在波導(dǎo)壁上開圓形通孔；然后在慢波結(jié)構(gòu)的每個曲折周期結(jié)構(gòu)的直角槽或U型槽的兩個圓形通孔之間，用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管(3)連接，形成電子注通道；
雙脊波導(dǎo)寬邊長度為a，雙脊波導(dǎo)窄邊長度為b，單個曲折周期結(jié)構(gòu)的曲折長度為L，單個曲折周期結(jié)構(gòu)的軸向長度為p，電子注通道的半徑為r0，雙脊波導(dǎo)的脊寬為a0，雙脊波導(dǎo)的脊間距為b0；雙脊波導(dǎo)的相關(guān)尺寸滿足2r0＜a0＜a，0＜b0＜b。
全文摘要
一種曲折雙脊波導(dǎo)慢波線，屬于微波真空電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及行波管放大器件。由雙脊波導(dǎo)(4)沿電場面周期性彎曲成直角型曲折線或U型曲折線，形成慢波結(jié)構(gòu)；再沿慢波結(jié)構(gòu)的中軸對稱線(2)的位置在波導(dǎo)壁上開圓形通孔；然后在慢波結(jié)構(gòu)的每個曲折周期結(jié)構(gòu)的直角槽或U型槽的兩個圓形通孔之間，用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管(3)連接，形成電子注通道。該慢波線比之常規(guī)曲折波導(dǎo)慢波線，具有更低的截止頻率，更寬的通帶范圍，其色散特性更為平坦。此外，在色散特性相近的情況下，曲折雙脊波導(dǎo)慢波線具有更小的橫截面尺寸，使得在相同聚焦磁場的作用下，可以更好地保證行波管中電子注的傳輸特性，從而可以改善行波管整體的輸出功率和增益。
文檔編號H01J23/16GK101572205SQ20091005955
公開日2009年11月4日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者魏彥玉, 俊 何, 王文祥, 宮玉彬, 趙國慶 申請人:電子科技大學(xué)