一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波真空電子器件領(lǐng)域，特別是涉及一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]返波振蕩器是一種微波真空電子器件，它利用慢波結(jié)構(gòu)上的返波與電子注相互作用而產(chǎn)生微波振蕩，可在很寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)電子調(diào)諧。對于太赫茲科學(xué)技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用，目前返波振蕩器是一類實(shí)用化程度很高的輻射源。隨著微波真空電子器件的工作頻率提高到短毫米波(40GHz-300GHz)甚至太赫茲(300GHz_3000GHz)，折疊波導(dǎo)已經(jīng)成為最常用的一種慢波結(jié)構(gòu)，如圖1所示，U型彎曲折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)是將矩形波導(dǎo)沿電場面彎曲，組成一系列直波導(dǎo)和半圓彎曲波導(dǎo)的周期結(jié)構(gòu)，圓柱型電子注通道位于折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的中軸線上，a表示矩形波導(dǎo)的寬邊長，b為波導(dǎo)的窄邊長，幾何周期為2p，直波導(dǎo)長度為h，電子注通道半徑為r。。直角彎曲折疊波導(dǎo)和U型彎曲折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)類似，只是將彎曲用直角形狀代替。折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)色散曲線示意圖如圖2所示。這類適用于行波管的折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)對于返波振蕩器遇到了很大的技術(shù)問題，最大的缺點(diǎn)是返波的耦合阻抗相對于前向波小一個數(shù)量級。造成這一問題的原因是，由于折疊波導(dǎo)特有的幾何結(jié)構(gòu)，其基波為返波(電壓過高，難以實(shí)際應(yīng)用)，前向波器件一般利用其-1次空間諧波作為工作模式，為了使返波振蕩器能夠工作于適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷?，一般工作?1次空間諧波的返波，此處的耦合阻抗較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)在返波振蕩器中低耦合阻抗的問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，將折疊波導(dǎo)一側(cè)的彎曲波導(dǎo)設(shè)置到沿中線對稱的位置上。
[0005]進(jìn)一步，所述單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)包括:
[0006]由多個直波導(dǎo)組成的直波導(dǎo)陣列，以及多個彎曲波導(dǎo)；其中，每兩個相鄰的直波導(dǎo)通過一個彎曲波導(dǎo)連接，形成周期性結(jié)構(gòu)；電子注通道貫穿直波導(dǎo)陣列。
[0007]進(jìn)一步，彎曲波導(dǎo)為半圓彎曲波導(dǎo)或直角彎曲波導(dǎo)。
[0008]進(jìn)一步，所述單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)適用于短毫米波返波振蕩器和太赫茲返波振蕩器。
[0009]本發(fā)明有益效果如下:
[0010]本發(fā)明的的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，通過將一側(cè)的彎曲波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到中線對稱位置，使慢波結(jié)構(gòu)的基波為前向波，返波振蕩器可以利用單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，同時實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉洼^高的耦合阻抗。
【附圖說明】
[0011]圖1現(xiàn)有U型彎曲和直角彎曲折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)對比圖；
[0012]圖2現(xiàn)有折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)色散曲線示意圖；
[0013]圖3A是本發(fā)明實(shí)施例中為單側(cè)為半圓彎曲波導(dǎo)的折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3B是本發(fā)明實(shí)施例中單側(cè)為直角彎曲波導(dǎo)的折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)色散曲線示意圖；
[0016]圖5是將本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)用于返波振蕩器的色散特性比較圖；
[0017]圖6是將本發(fā)明慢波結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)用于返波振蕩器的軸線耦合阻抗比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0019]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)在返波振蕩器中低耦合阻抗問題，同時在不增加工藝精度和復(fù)雜性的前提下，通過將一側(cè)的彎曲波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到中線對稱位置的方式，保留折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的全金屬結(jié)構(gòu)，色散特性較好、耦合匹配簡單以及和微加工工藝兼容等優(yōu)勢，提高短毫米波及太赫茲返波振蕩器的功率量級，本發(fā)明提出了一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明的目的是提供一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，所采用的技術(shù)方案是:
[0021]一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，如圖3A、3B所示，包括:
[0022]由多個直波導(dǎo)組成的直波導(dǎo)陣列，以及多個彎曲波導(dǎo)；其中，每兩個相鄰的直波導(dǎo)通過一個彎曲波導(dǎo)連接，形成周期性結(jié)構(gòu)；電子注通道貫穿直波導(dǎo)陣列。彎曲波導(dǎo)可以為半圓彎曲波導(dǎo)或直角彎曲波導(dǎo)。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，將矩形波導(dǎo)沿電場面彎曲，組成一系列直波導(dǎo)和半圓/直角彎曲波導(dǎo)的周期結(jié)構(gòu)，圓柱型電子注通道貫穿直波導(dǎo)陣列，a表示矩形波導(dǎo)的寬邊長，b為波導(dǎo)的窄邊長，幾何周期為p，直波導(dǎo)長度為h，電子注通道半徑為r。，電子注通道軸線距離直波導(dǎo)底面的距離為t。單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)色散曲線示意圖如圖4所示，單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)可以視為將折疊波導(dǎo)一側(cè)的彎曲波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到中線對稱位置，利用這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具有適用于短毫米波及太赫茲返波振蕩器的基波為前向波的特點(diǎn)，提高了耦合阻抗。
[0024]任意選擇一種用于返波振蕩器的U型彎曲的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，電子注通道位于直波導(dǎo)陣列的中軸線上，設(shè)定結(jié)構(gòu)尺寸(單位:mm)a = 1.9，b = 0.3，p = 0.7，h =
0.7，rc = 0.22，t = 0.35。利用三維電磁軟件對本發(fā)明的慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，計算得到適用于返波振蕩器相應(yīng)模式的軸線耦合阻抗，并與相同幾何尺寸的U型彎曲折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的冷特性參數(shù)進(jìn)行對比，慢波結(jié)構(gòu)的色散曲線和軸線耦合阻抗模擬結(jié)果如圖5和圖6所不O
[0025]圖5的結(jié)果顯示，對比現(xiàn)有技術(shù)的折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的基波為前向波，返波振蕩器可以選擇-1次空間諧波作為工作模式，有利于提高耦合阻抗。選取這一工作模式將在一定程度上提高器件的工作電壓，此時用于返波振蕩器的新結(jié)構(gòu)工作電壓與折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)行波管的工作電壓近似，在94GHz附近的工作電壓在22kV左右。工作電壓的提升可以增加器件的直流功率，有利于器件輸出功率的提高，也可以選擇通過對單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計將工作電壓降低到較低范圍內(nèi)。
[0026]圖6的結(jié)果顯示，對比現(xiàn)有技術(shù)的折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)耦合阻抗整體提高，耦合阻抗提高的幅度隨著頻率的增加而增加，其中85GHz的耦合阻抗提高了約3.5倍，90GHz的耦合阻抗提高了約7倍，95GHz的耦合阻抗提高了約13.8倍，10GHz的耦合阻抗提高了約26.8倍，說明以本發(fā)明實(shí)施例的慢波結(jié)構(gòu)為核心的返波振蕩器能夠?qū)崿F(xiàn)更更大的功率，而且在高頻率區(qū)域顯示出更大的優(yōu)勢。在對這種慢波結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行專門的優(yōu)化后，耦合阻抗具有進(jìn)一步提升的空間。
[0027]本發(fā)明的的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，保持全金屬慢波結(jié)構(gòu)，具有色散平坦、耦合結(jié)構(gòu)簡單，以及可以與微加工工藝兼容等優(yōu)勢，而且，通過將一側(cè)的彎曲波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到中線對稱位置，利用這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，使慢波結(jié)構(gòu)的基波為前向波，返波振蕩器可以利用單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的-1次空間諧波，這種單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)對于返波振蕩器可以同時實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉洼^高的耦合阻抗，能夠應(yīng)用于短毫米波及太赫茲波段返波振蕩器。
[0028]盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到各種改進(jìn)、增加和取代也是可能的，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)不限于上述實(shí)施例。
【主權(quán)項】
1.一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，將折疊波導(dǎo)一側(cè)的彎曲波導(dǎo)設(shè)置到沿中線對稱的位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)包括: 由多個直波導(dǎo)組成的直波導(dǎo)陣列，以及多個彎曲波導(dǎo)；其中，每兩個相鄰的直波導(dǎo)通過一個彎曲波導(dǎo)連接，形成周期性結(jié)構(gòu)；電子注通道貫穿直波導(dǎo)陣列。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，彎曲波導(dǎo)為半圓彎曲波導(dǎo)或直角彎曲波導(dǎo)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)適用于短毫米波返波振蕩器和太赫茲返波振蕩器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于返波振蕩器的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，將折疊波導(dǎo)一側(cè)的彎曲波導(dǎo)設(shè)置到沿中線對稱的位置上；具體結(jié)構(gòu)包括：由多個直波導(dǎo)組成的直波導(dǎo)陣列，以及多個彎曲波導(dǎo)；其中，每兩個相鄰的直波導(dǎo)通過一個彎曲波導(dǎo)連接，形成周期性結(jié)構(gòu)；電子注通道貫穿直波導(dǎo)陣列。本發(fā)明的單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，通過將一側(cè)的彎曲波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到中線對稱位置，使慢波結(jié)構(gòu)的基波為前向波，返波振蕩器可以利用單側(cè)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，同時實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉洼^高的耦合阻抗。
【IPC分類】H01J23-24
【公開號】CN104576266
【申請?zhí)枴緾N201410835071
【發(fā)明人】蔡軍, 馮進(jìn)軍
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十二研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月29日