專利名稱：一種適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于真空電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及圓極化行波管中的輸入輸出結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
行波管是真空電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最為重要的一類微波源，具有大功率、高效率、高增 益、寬頻帶和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、制導(dǎo)、衛(wèi)星通信、微波遙感、輻射測(cè)量等領(lǐng)域， 其性能直接決定著裝備的水平。行波管的核心部件是慢波結(jié)構(gòu)。常用的慢波結(jié)構(gòu)有螺旋線、 耦合腔和曲折波導(dǎo)等。由于空間電荷效應(yīng)的影響，由這些慢波結(jié)構(gòu)構(gòu)成的器件都具有很強(qiáng) 的非線性特性。為了從本質(zhì)上降低器件的非線性特性，基于電子束橫向波理論的圓極化行波管開 始被廣泛關(guān)注。它是應(yīng)用洛侖茲力作為彈力，使電子束在沒有形成群聚的情況下發(fā)生空間 畸變，即整體產(chǎn)生交變的橫向位移，從而極大地減弱了電子束的空間電荷效應(yīng)，提高了器件 的線性度。卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)(如圖1所示)是圓極化行波管中最有潛力的慢波結(jié)構(gòu)。它 由兩把相向的梳齒結(jié)構(gòu)沿中心軸卷繞，再裝入圓柱波導(dǎo)中形成。卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)也可以描述成直徑相等OR)的兩種雙脊加載圓波導(dǎo)片彼此間隔并沿中心軸卷繞而成 (相鄰兩個(gè)雙脊加載圓波導(dǎo)片的加載脊之間的夾角為周期卷繞角度α )，其中一種雙脊加 載圓波導(dǎo)片的加載脊高度稍高(如圖3所示)，另一種雙脊加載圓波導(dǎo)片的加載脊高度稍低 (如圖4所示)，相鄰兩個(gè)雙脊加載圓波導(dǎo)片的厚度之和為梳齒周期長(zhǎng)度P。由于兩種高度 不等的加載脊彼此間隔并沿中心軸卷繞，從而形成卷繞雙梳齒結(jié)構(gòu)，其中的梳齒形狀可以 是矩形、扇形或梯形等，梳齒末端可以是直線、內(nèi)圓弧或外圓弧。關(guān)于卷繞雙梳齒型圓極化行波管目前仍處于理論研究階段，其中一個(gè)非常重要的 原因是沒有合適的輸入輸出結(jié)構(gòu)，即能量耦合裝置。這樣直接導(dǎo)致無法進(jìn)行卷繞雙梳齒型 慢波系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，甚至也無法在現(xiàn)有的粒子模擬軟件中進(jìn)行理論模擬分析，致使關(guān)于 圓極化行波管的研究停滯不前。發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)將微波信號(hào)能量很好地耦合進(jìn)卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)，同時(shí)將被放大了的 微波信號(hào)能量很好地從卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)中提取出來，本實(shí)用新型提出了一種適用于卷 繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，如圖2所示，包括一個(gè)直排雙 梳齒加載圓波導(dǎo)4和一個(gè)雙脊加載矩形波導(dǎo)3。所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4由多個(gè)直徑 相等的雙脊加載圓波導(dǎo)片同軸、重疊地連接在一起；其中偶數(shù)位或奇數(shù)位的雙脊加載圓波 導(dǎo)片1(如圖3所示)的脊高度相等，其余奇數(shù)位或偶數(shù)位的雙脊加載圓波導(dǎo)片2 (如圖4 所示)的脊高度逐漸增加，由于相鄰兩個(gè)圓波導(dǎo)片的厚度之和為梳齒周期長(zhǎng)度P，由于相鄰兩個(gè)圓波導(dǎo)片所加載的脊高度不等，使得所有圓波導(dǎo)片所加載的雙脊形成梳齒高度逐漸減 小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)，兩排梳齒之間的距離為加；所述雙脊加載矩形波導(dǎo)3的加載脊之間 的距離為2a，脊加載方向與直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中的雙脊加載圓波導(dǎo)片的脊加載方向 一致，并通過一個(gè)圓形金屬短路板與所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4連接在一起；其中圓形 金屬短路板中間具有一個(gè)與雙脊加載矩形波導(dǎo)3相對(duì)應(yīng)的矩形波導(dǎo)輸入或輸出窗口 ；直排 雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中與圓形金屬短路板直接相連的雙脊加載圓波導(dǎo)片的加載脊之間的 距離為加。上述技術(shù)方案中，所述梳齒高度逐漸減小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)的梳齒高度可以呈線 性、拋物線型、雙曲線型或各種多項(xiàng)式曲線型減??；所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中相鄰兩 個(gè)雙脊加載圓波導(dǎo)片的厚度可以相等，也可以不相等。本實(shí)用新型的工作原理可以描述為兩個(gè)所述的能量耦合裝置的直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)部分與卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu) 的兩端分別同軸重疊相連，一起構(gòu)成了圓極化行波管的高頻通道。能量耦合裝置的作用是 為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)雙脊加載矩形波導(dǎo)與卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)之間的微波阻抗匹配，從而實(shí)現(xiàn)微 波信號(hào)能量無反射地從標(biāo)準(zhǔn)雙脊加載矩形波導(dǎo)饋入卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)，所饋入的微波信 號(hào)與卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)中的自由電子束發(fā)生相互作用，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)功率的放大，放大 后的微波信號(hào)再經(jīng)由與卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)另一端的該能量耦合裝置無反射的輸出到標(biāo) 準(zhǔn)雙脊加載矩形波導(dǎo)。本實(shí)用新型的有益效果是(1)在工作頻帶內(nèi)，將兩個(gè)能量耦合裝置連接到卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的首尾兩端， 組成帶有能量耦合裝置的慢波系統(tǒng)，仿真得到其駐波比小于1. 2，如圖5所示，成功實(shí)現(xiàn)了 微波信號(hào)能量很好地耦合進(jìn)卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)和提取出卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)；(2)能量耦合裝置中的雙脊加載矩形波導(dǎo)，具有工作模式純、易加工及易與現(xiàn)有的 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)波裝置連接等特點(diǎn)，避免了使用雙脊加載圓波導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致多模工作的危險(xiǎn)。
圖1是卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型提供的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3是本實(shí)用新型提供的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置中加載脊 高度較高的雙脊加載圓波導(dǎo)片1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型提供的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置中加載脊 高度較低的雙脊加載圓波導(dǎo)片2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型提供的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置的慢波系 統(tǒng)的駐波比仿真測(cè)試曲線。
具體實(shí)施方式
一種適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，如圖2所示，包括一個(gè)直排雙 梳齒加載圓波導(dǎo)4和一個(gè)雙脊加載矩形波導(dǎo)3。所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4由多個(gè)直徑相等的雙脊加載圓波導(dǎo)片同軸、重疊地連接在一起；其中偶數(shù)位或奇數(shù)位的雙脊加載圓波 導(dǎo)片1 (如圖3所示)的脊高度相等，其余奇數(shù)位或偶數(shù)位的雙脊加載圓波導(dǎo)片2 (如圖4 所示)的脊高度逐漸增加，由于相鄰兩個(gè)圓波導(dǎo)片的厚度之和為梳齒周期長(zhǎng)度P，由于相鄰 兩個(gè)圓波導(dǎo)片所加載的脊高度不等，使得所有圓波導(dǎo)片所加載的雙脊形成梳齒高度逐漸減 小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)，兩排梳齒之間的距離為加；所述雙脊加載矩形波導(dǎo)3的加載脊之間 的距離為2a，脊加載方向與直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中的雙脊加載圓波導(dǎo)片的脊加載方向 一致，并通過一個(gè)圓形金屬短路板與所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4連接在一起；其中圓形 金屬短路板中間具有一個(gè)與雙脊加載矩形波導(dǎo)3相對(duì)應(yīng)的矩形波導(dǎo)輸入或輸出窗口 ；直排 雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中與圓形金屬短路板直接相連的雙脊加載圓波導(dǎo)片的加載脊之間的 距離為加。上述技術(shù)方案中，以S波段為例，所述能量耦合裝置各部件尺寸為雙脊加載矩形 波導(dǎo)3寬邊2 為72. 14毫米，窄邊2b,為34. 04毫米，長(zhǎng)度1,為30毫米，加載脊間距加 為8毫米；直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)4中梳齒周期長(zhǎng)度ρ為4毫米，雙脊加載圓波導(dǎo)片直徑 2R為80毫米，兩排雙梳齒之間的距離加為8毫米，梳齒高度從18毫米線性變化至2毫米， 相鄰兩個(gè)梳齒高度差為2毫米、間距d為1毫米；短路連接板中的矩形輸入輸出窗尺寸為 72. 14X34. 04 毫米。在卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的首末端分別連接一個(gè)上述能量耦合裝置，形成慢波系 統(tǒng)，其中卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的相關(guān)尺寸為直徑2R為80毫米，兩排雙梳齒之間的距離 2a為8毫米，梳齒周期長(zhǎng)度ρ為4毫米，梳齒高度為20毫米，梳齒間距d為1毫米，周期卷 繞角度α為18deg。利用三維電磁仿真軟件CST MWS 2009對(duì)上述慢波系統(tǒng)進(jìn)行仿真，獲得駐波比曲 線，仿真結(jié)果如圖4所示。從圖4中可知帶有能量耦合裝置的慢波系統(tǒng)，在2. 7 4GHz頻 帶內(nèi)，其駐波比均小于1. 2，具有良好的微波傳輸特性。
權(quán)利要求1.一種適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，包括一個(gè)直排雙梳齒加載圓波導(dǎo) (4)和一個(gè)雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)；其特征在于所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)由多個(gè)直徑相等的雙脊加載圓波導(dǎo)片同軸、重疊地連 接在一起；其中偶數(shù)位或奇數(shù)位的雙脊加載圓波導(dǎo)片(1)的脊高度相等，其余奇數(shù)位或偶 數(shù)位的雙脊加載圓波導(dǎo)片O)的脊高度逐漸增加，由于相鄰兩個(gè)圓波導(dǎo)片的厚度之和為梳 齒周期長(zhǎng)度P，由于相鄰兩個(gè)圓波導(dǎo)片所加載的脊高度不等，使得所有圓波導(dǎo)片所加載的雙 脊形成梳齒高度逐漸減小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)，兩排梳齒之間的距離為加；所述雙脊加載矩形波導(dǎo)⑶的加載脊之間的距離為加，脊加載方向與直排雙梳齒加載 圓波導(dǎo)中的雙脊加載圓波導(dǎo)片的脊加載方向一致，并通過一個(gè)圓形金屬短路板與所述 直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)(4)連接在一起；其中圓形金屬短路板中間具有一個(gè)與雙脊加載矩 形波導(dǎo)( 相對(duì)應(yīng)的矩形波導(dǎo)輸入或輸出窗口 ；直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)中與圓形金屬 短路板直接相連的雙脊加載圓波導(dǎo)片的加載脊之間的距離為加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，其特征在于， 所述梳齒高度逐漸減小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)的梳齒高度呈線性、拋物線型、雙曲線型或各種 多項(xiàng)式曲線型減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，其特征在于， 所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)中相鄰兩個(gè)雙脊加載圓波導(dǎo)片的厚度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，其特征在于， 所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)中相鄰兩個(gè)雙脊加載圓波導(dǎo)片的厚度不相等。
專利摘要一種適用于卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)的能量耦合裝置，屬于真空電子技術(shù)領(lǐng)域。包括一個(gè)直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)(4)和一個(gè)雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)；直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)(4)由多個(gè)直徑相等的雙脊加載圓波導(dǎo)片同軸、重疊地連接在一起；其中偶數(shù)位或奇數(shù)位的雙脊加載圓波導(dǎo)片(1)的脊高度相等，所有圓波導(dǎo)片所加載的雙脊形成梳齒高度逐漸減小的直排雙梳齒結(jié)構(gòu)；雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)通過一個(gè)具有輸入輸出窗口的圓形金屬短路板與所述直排雙梳齒加載圓波導(dǎo)(4)連接在一起。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了將微波信號(hào)能量很好地耦合進(jìn)卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)，并將被放大了的微波信號(hào)能量很好地從卷繞雙梳齒慢波結(jié)構(gòu)中提取出來，同時(shí)易與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)波裝置連接。
文檔編號(hào)H01J23/42GK201838556SQ20102060476
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者宮玉彬, 段兆云, 王文祥, 許雄, 賴劍強(qiáng), 魏彥玉 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)