本發(fā)明屬于微波真空電子器件技術領域，更為具體地講，涉及一種行波管的注-波互作用結(jié)構：矩形慢波線。

背景技術：

行波管是真空微波電子學領域內(nèi)應用最為廣泛的一類微波功率放大器件，具有功率大、效率高、增益高、頻帶寬和壽命長等特點，廣泛應用于雷達、制導、干擾、通信、微波遙感、輻射測量等領域，其性能直接決定著裝備的水平。慢波線(慢波結(jié)構)作為注—波互作用的核心部件，其性能優(yōu)劣直接決定了行波管的技術水平。

螺旋線及其變態(tài)和耦合腔一直是行波管中最廣泛采用的兩大類慢波結(jié)構。螺旋線慢波結(jié)構雖然具有頻帶寬的優(yōu)點，但其功率容量受到螺旋線散熱能力的限制而相對較?。获詈锨宦ńY(jié)構雖然具有比螺旋線高一個數(shù)量級的功率電平，由于帶邊振蕩的影響，其帶寬較窄。

另外，隨著行波管向毫米波及更高頻段發(fā)展，慢波結(jié)構器件的尺寸將變得非常小，傳統(tǒng)的螺旋線和耦合腔將面臨精密加工以及裝配的巨大困難和挑戰(zhàn)。因此，探求新型的能工作在毫米波段，具有比耦合腔更寬頻帶和比螺旋線更高功率容量的慢波結(jié)構是行波管發(fā)展的主要方向之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種用于行波管的矩形慢波線，以提高耦合阻抗、功率容量和帶寬，同時，便于進行精密加工和裝配。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線，包括：

矩形屏蔽筒，由一個矩形脊波導構成，其上下寬邊的內(nèi)長度為W，左右窄邊的內(nèi)長度為H，壁厚為D，W可以大于或者等于H；兩個對稱分布的脊位于上下寬邊中心，脊寬為B，脊高度為h，脊的長度與矩形脊波導的長度相等，為L；

其特征在于，還包括：

多個尺寸完全相同的金屬矩形環(huán)，沿縱向(矩形屏蔽筒的長度方向)周期性排列在矩形屏蔽筒中軸線上，每個金屬矩形環(huán)外方內(nèi)圓，內(nèi)圓半徑為r，外方形寬度為A,金屬矩形環(huán)厚度為S，金屬矩形環(huán)的排列周期為P；

金屬矩形環(huán)的內(nèi)圓部分，則構成行波管的電子注通道；

金屬矩形環(huán)的內(nèi)圓半徑r、外正方形寬度A、金屬矩形環(huán)厚度S滿足：2r<A<H-2h,0<r<0.5A,0<S<P；金屬脊寬度B、高度h滿足：0<B≤W,0≤h<0.5(H-A)；周期排列的金屬矩形環(huán)總長度與矩形屏蔽筒長度L相等，L應滿足L＝nP(n個金屬矩形環(huán))或L＝nP+S(n+1個金屬矩形環(huán))，或L＝nP-S(n-1個金屬矩形環(huán))；

兩塊金屬平板，分別位于金屬矩形環(huán)與矩形屏蔽筒兩個窄邊之間，并平行于矩形屏蔽筒寬邊，兩塊金屬平板將金屬矩形環(huán)和矩形屏蔽筒窄邊連接在一起，金屬平板的厚度為T,縱向長度為L。

本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線，將矩形脊波導作為矩形屏蔽筒，并在此基礎上，加入n個或n+1或n-1個外方內(nèi)圓的金屬矩形環(huán)以及兩塊金屬平板。矩形脊波導由矩形波導上下寬邊中間處加載金屬脊構成，該矩形脊波導作為慢波結(jié)構的外屏蔽筒，n個或n+1或n-1個金屬矩形環(huán)的圓心與矩形脊波導的中心軸線重合，金屬矩形環(huán)沿軸向周期性分布，金屬矩形環(huán)的內(nèi)圓部分，則構成行波管的電子注通道；在金屬矩形環(huán)與矩形屏蔽筒窄邊之間，有兩塊平行于矩形屏蔽筒寬邊的金屬平板將金屬矩形環(huán)和外屏蔽筒連接在一起。這樣本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線是一種全金屬的慢波線，完全不用介質(zhì)支撐桿來固定金屬矩形環(huán)，金屬平板直接與矩形屏蔽筒連接，因而熱傳導性大為改善，耦合阻抗更高，相比螺旋線行波管明顯提高了功率容量。同時由于采用了脊加載結(jié)構，帶寬也較寬。且該矩形結(jié)構在毫米波頻段，在去掉矩形脊波導上下寬邊(包括脊)后的部分即金屬矩形環(huán)、兩塊金屬平板以及矩形屏蔽筒窄邊可直接用電火花線切割整體加工，然后將上下寬邊(包括脊)與其焊接即成，加工簡單，整體性好，加工精度高，裝配簡單并容易保證精度，散熱好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線一種具體實施方式結(jié)構圖；

圖2是圖1所示的矩形慢波線的縱剖面圖；

圖3是圖1所示的矩形慢波線的橫截面圖；

圖4是圖1所示的矩形慢波線的加工示意圖；

圖5是本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線的耦合阻抗曲線圖；

圖6是本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線的色散曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。

矩形慢波線(慢波結(jié)構)如2015年12月02日授權公告的，公告號為CN103632905B的梯形線結(jié)構慢波線，由于是一種全金屬結(jié)構慢波線，散熱性能好，功率容量大，加之其結(jié)構整體一致性好，加工和裝配精度更容易得到保證，因此在毫米波行波管中得到了廣泛的應用。

本發(fā)明基于矩形慢波線的上述優(yōu)點，本發(fā)明提供了一種用于行波管的矩形慢波線(矩形慢波結(jié)構)，能夠比螺旋線和耦合腔在毫米波段更易于加工，耦合阻抗和功率容量比螺旋線高，通帶比耦合腔寬。

圖1是本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線一種具體實施方式結(jié)構圖(n+1個金屬矩形環(huán)的情況)。

在本實施例中，如圖1所示，本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線包括矩形屏蔽筒1、多個尺寸完全相同的金屬矩形環(huán)2以及兩塊金屬平板3，由矩形屏蔽筒1(矩形脊波導)中心放置多個縱向周期性排布的金屬矩形環(huán)2，金屬矩形環(huán)2與矩形屏蔽筒1(矩形脊波導)之間由平行于矩形脊波導寬邊的兩個金屬平板3支撐連接而形成。金屬矩形環(huán)2的內(nèi)圓構成電子注通道。

本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線的尺寸參數(shù)如圖2與圖3所示，矩形屏蔽筒1(矩形脊波導)內(nèi)尺寸為：寬邊長度為W，窄邊長度為H，波導壁厚為D，慢波結(jié)構縱向單周期長度為P。矩形脊波導上下寬邊中心有脊，脊寬為B，脊高度為h。金屬矩形環(huán)2內(nèi)圓半徑為r，外方形寬度為A，金屬矩形環(huán)2厚度為S。金屬平板3的厚度為T，縱向長度為L。在本實施例中，如圖2所示，縱向長度為L＝nP+S，即為n+1個金屬矩形環(huán)；如果去掉最后一個金屬矩形環(huán)，長度減小相應的厚度，則縱向長度為L＝nP；如果再去掉第一個金屬矩形環(huán),則縱向長度為L＝nP-S。

本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線在加工時，首先對除掉矩形屏蔽筒1(矩形脊波導)上下寬邊(包括脊)101后的剩余部分即由矩形屏蔽筒1左右窄邊102、多個金屬矩形環(huán)2、兩塊金屬平板3組成的部分，如圖4(a)所示，直接用電火花線切割在縱向和垂直兩個方向上整體加工，然后將矩形屏蔽筒1(矩形脊波導)上下寬邊(包括脊)101，如圖4(b)，與其即圖4(a)所示的剩余部分焊接而成，加工簡單，整體性好，加工精度高，裝配簡單并容易保證精度，同時，通過兩塊金屬平板3進行散熱，散熱效果大大提高。

在本實施例中，本發(fā)明用于行波管的矩形慢波線的具體結(jié)構尺寸為(單位:mm):r＝1，A＝2.5，S＝0.26615，W＝4.75，H＝4.75，D＝0.2，P＝0.5，B＝2.5，h＝0.5625，T＝0.15。對該矩形波導慢波線的耦合阻抗進行計算，結(jié)果如圖5所示，并與普通的螺旋線慢波線耦合阻抗對比。圖5中曲線1是本發(fā)明矩形慢波線的耦合阻抗曲線，曲線2是同一頻段的現(xiàn)有螺旋線慢波線耦合阻抗曲線。從曲線1和曲線2的對比可以明顯看出：本發(fā)明矩形慢波線比現(xiàn)有螺旋線慢波線具有更大的耦合阻抗，意味著在進行注波互作用時，電子注能把更多的能量交給高頻電磁場，得到更大的功率輸出和增益。

圖6中曲線3是本發(fā)明矩形慢波線的色散曲線，曲線4是同一頻段的雙交錯耦合腔慢波線色散曲線。從曲線3和曲線4的對比可以看出，本發(fā)明矩形慢波線色散曲線的通帶范圍約為22GHz-33GHz，耦合腔慢波線的通帶范圍約為26GHz-33GHz，本發(fā)明比耦合腔慢波線通帶更寬。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。