專利名稱：一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)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，特別涉及太赫茲相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
太赫茲波段的電磁頻譜開(kāi)發(fā)應(yīng)用是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，其中寬帶太赫茲功率源是關(guān)鍵技術(shù)。行波管具有大功率、高效率、高增益、寬頻帶和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)寬帶大功率太赫茲源上具有很大潛力。然而在IOOGHz以上的太赫茲波段，傳統(tǒng)的行波管由于高頻損耗大、反射強(qiáng)，無(wú)法滿足寬帶大功率太赫茲源的要求。相移行波管的工作原理由美國(guó)學(xué)者于2008年首次發(fā)表，并指出其能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶的、大功率的太赫茲輻射源。為此，我們于 2010年提出了具有低損耗和弱反射的正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)(如圖1所示，具體發(fā)明名稱為“一種起伏狀波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)”，申請(qǐng)?zhí)?0101058M58. χ)，并將其應(yīng)用于220GHz太赫茲相移行波管的設(shè)計(jì)。研究顯示該相移行波管具有50GHz的瞬時(shí)帶寬和100W以上的輸出功率，最高輸出功率為300W。這為寬帶太赫茲功率源提供了新方案。目前，關(guān)于正弦波導(dǎo)相移行波管仍處于理論研究階段。由于沒(méi)有合適的輸入輸出結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行正弦波導(dǎo)慢波系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。該輸入輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)困難在于一、 相移行波管慢波結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形，帶狀電子注與慢電磁波共用一個(gè)通道；二、慢波結(jié)構(gòu)的工作帶寬很寬，現(xiàn)有的各種耦合裝置均無(wú)法滿足其帶寬要求。因此，為了能夠?qū)⒄也▽?dǎo)相移行波管實(shí)用化并發(fā)揮其潛力，急需一種寬帶的且能夠?qū)铍娮幼⒑臀⒉ㄐ盘?hào)匯合與分離的輸入輸出結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)將寬帶微波信號(hào)能量與帶狀電子注很好地引入和導(dǎo)出正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型提出了一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括六部分波導(dǎo)型元件第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4、第一矩形波導(dǎo)5和第二矩形波導(dǎo)6 ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4和第一矩形波導(dǎo)5的寬邊尺寸和窄邊尺寸一致，標(biāo)記為寬邊尺寸a、窄邊尺寸b ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4和第一矩形波導(dǎo)5的長(zhǎng)度分別標(biāo)記為U、L3、L4和L5 ；呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的轉(zhuǎn)彎半徑不小于寬邊尺寸a ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3所加載的雙脊形狀一致，標(biāo)記為脊高度(b-2d)/2、脊寬度w ；雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4所加載的雙脊形狀一致，脊寬度為 W、脊高度由(b-2d)/2漸變至0 ；第二矩形波導(dǎo)6長(zhǎng)度為L(zhǎng)g、寬邊尺寸為ag、窄邊尺寸為bg， ag < a> bg < b ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3分別連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的兩端，雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4連接于第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3和第一矩形波導(dǎo)5之間；雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4與第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3 連接處的脊高度為(b_2d)/2，與第一矩形波導(dǎo)5連接處的脊高度為0 ；第二矩形波導(dǎo)6用于傳輸電子注，連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的外側(cè)曲面處，其中心軸線與第一矩形波導(dǎo)5的中心軸線重合；第二矩形波導(dǎo)6與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2相連接的部分的形狀與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的外側(cè)曲面相匹配；呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2與第二矩形波導(dǎo)6相連接的外側(cè)曲面開(kāi)有窗口，便于電子注通過(guò)。上述技術(shù)方案中，所述第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3的長(zhǎng)度L3大于等于零；所述雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4的雙脊高度可以呈線性、拋物線型、雙曲線型或多項(xiàng)式階梯型漸變。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，本實(shí)用新型提供的寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)的各個(gè)部件可采用金屬材料獨(dú)立加工成型后，然后采用螺釘固定連接；由于本實(shí)用新型提供的寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，也可采用兩塊金屬材料分別加工成型后，然后合在一起。本實(shí)用新型的工作原理可以描述為在正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)兩端分別連接一個(gè)本實(shí)用新型提供的寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)(具體連接時(shí)，本實(shí)用新型提供的輸入輸出結(jié)構(gòu)中的第一矩形波導(dǎo)5與正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)端口相連)，一起構(gòu)成相移行波管的高頻系統(tǒng)。高頻信號(hào)從輸入結(jié)構(gòu)的雙脊加載矩形波導(dǎo)1饋入，與從用于傳輸電子注的矩形波導(dǎo)6注入的帶狀電子注經(jīng)過(guò)輸入結(jié)構(gòu)的匯合進(jìn)入慢波結(jié)構(gòu)中進(jìn)行注-波互作用，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的功率放大；被放大了的信號(hào)從輸出結(jié)構(gòu)的雙脊加載矩形波導(dǎo)1輸出，同時(shí)作用完了的電子注從用于傳輸電子注的矩形波導(dǎo) 6離開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了電子注和電磁波的分離。本實(shí)用新型的有益效果是(1)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要由雙脊加載矩形波導(dǎo)構(gòu)成，易于加工實(shí)現(xiàn)。(2)雙脊加載矩形波導(dǎo)具有很寬的帶寬，由它構(gòu)成的輸入輸出結(jié)構(gòu)也將具有寬帶特性。(3)雙脊的使用，使結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)主要集中在脊間距區(qū)域。因此電子注通道的引入對(duì)反射的影響被急劇降低，從而達(dá)到成功分離電子注和電磁波的目的。(4)適合于帶狀電子注工作，可提高器件工作電流，增大器件輸出功率。(5)結(jié)構(gòu)中的雙脊加載矩形波導(dǎo)1，具有易與現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)波裝置連接等特
點(diǎn)ο
圖1是正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型提供的一種寬帶相移行波管輸入輸出結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型提供的一種寬帶相移行波管輸入輸出結(jié)構(gòu)的散射參數(shù)仿真測(cè)試曲線。
具體實(shí)施方式
一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括六部分波導(dǎo)型元件第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4、第一矩形波導(dǎo)5和第二矩形波導(dǎo)6 ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4和第一矩形波導(dǎo)5的寬邊尺寸和窄邊尺寸一致，標(biāo)記為寬邊尺寸a、窄邊尺寸b ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4和第一矩形波導(dǎo)5的長(zhǎng)度分別標(biāo)記為U、L3、L4和L5 ；呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的轉(zhuǎn)彎半徑不小于寬邊尺寸a ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3所加載的雙脊形狀一致，標(biāo)記為脊高度(b-2d)/2、脊寬度w ；雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4所加載的雙脊形狀一致，脊寬度為 W、脊高度由(b-2d)/2漸變至0 ；第二矩形波導(dǎo)6長(zhǎng)度為L(zhǎng)g、寬邊尺寸為ag、窄邊尺寸為bg， ag < a> bg < b ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)1和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3分別連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的兩端，雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4連接于第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3和第一矩形波導(dǎo)5之間；雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)4與第二雙脊加載矩形波導(dǎo)3 連接處的脊高度為(b_2d)/2，與第一矩形波導(dǎo)5連接處的脊高度為0 ；第二矩形波導(dǎo)6用于傳輸電子注，連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的外側(cè)曲面處，其中心軸線與第一矩形波導(dǎo)5的中心軸線重合；第二矩形波導(dǎo)6與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2相連接的部分的形狀與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2的外側(cè)曲面相匹配；呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)2與第二矩形波導(dǎo)6相連接的外側(cè)曲面開(kāi)有窗口，便于電子注通過(guò)。上述技術(shù)方案中，以220GHz為例，所述輸入輸出結(jié)構(gòu)各部件尺寸為雙脊加載矩形波導(dǎo)1的橫截面為標(biāo)準(zhǔn)的WR-4的尺寸，即寬邊a為1.092毫米，窄邊b為0. 546毫米，加載脊之間的距離2d為0. 286毫米，脊寬度w為0. 25毫米；用于傳輸電子注的矩形波導(dǎo)6的寬邊、為0.5毫米，窄邊\為0. 15毫米，各段長(zhǎng)度LpLpLpLpI^分別為5、2、1、3. 4、1. 6 毫米。利用三維電磁仿真軟件CST MWS 2009對(duì)上述輸入輸出結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，獲得散射參數(shù)曲線，仿真結(jié)果如圖3所示。從圖3中可知在170 ^OGHz標(biāo)準(zhǔn)頻段內(nèi)，高頻信號(hào)的傳輸參數(shù)7均大于-ldB，反射參數(shù)8均小于-20dB，說(shuō)明具有良好的微波傳輸特性；電子注通道的傳輸參數(shù)9均小于_30dB，說(shuō)明具有良好的隔離度。
權(quán)利要求1.一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)，包括六部分波導(dǎo)型元件第一雙脊加載矩形波導(dǎo)(1)、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)G)、第一矩形波導(dǎo)( 和第二矩形波導(dǎo)(6)；其特征在于第一雙脊加載矩形波導(dǎo)(1)、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)(4)和第一矩形波導(dǎo)(5)的寬邊尺寸和窄邊尺寸一致，標(biāo)記為寬邊尺寸a、窄邊尺寸b;第一雙脊加載矩形波導(dǎo)(1)、第二雙脊加載矩形波導(dǎo) (3)、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)(4)和第一矩形波導(dǎo)(5)的長(zhǎng)度分別標(biāo)記為1^丄3丄4和 L5;呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)的轉(zhuǎn)彎半徑不小于寬邊尺寸a ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)(1)、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)( 和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)C3)所加載的雙脊形狀一致，標(biāo)記為脊高度(b_2d)/2、脊寬度w;雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)(4)所加載的雙脊形狀一致，脊寬度為w、脊高度由(b_2d)/2漸變至0 ；第二矩形波導(dǎo)(6)長(zhǎng)度為L(zhǎng)g、 寬邊尺寸為ag、窄邊尺寸為bg，且Eig < a、bg < b ；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)(1)和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)( 分別連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)的兩端，雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)(4)連接于第二雙脊加載矩形波導(dǎo)( 和第一矩形波導(dǎo)( 之間；雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)(4)與第二雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)連接處的脊高度為(b-2d)/2，與第一矩形波導(dǎo)(5)連接處的脊高度為0 ；第二矩形波導(dǎo)(6)用于傳輸電子注，連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)的外側(cè)曲面處，其中心軸線與第一矩形波導(dǎo)(5)的中心軸線重合；第二矩形波導(dǎo)(6)與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)( 相連接的部分的形狀與呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)O)的外側(cè)曲面相匹配；呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)( 與第二矩形波導(dǎo)(6)相連接的外側(cè)曲面開(kāi)有窗口，便于電子注通過(guò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二雙脊加載矩形波導(dǎo)(3)的長(zhǎng)度L3大于等于零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶相移行波的管輸入輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙脊間距漸變的雙脊加載矩形波導(dǎo)的雙脊高度呈線性、拋物線型、雙曲線型或多項(xiàng)式階梯型漸變。
專利摘要一種寬帶相移行波管的輸入輸出結(jié)構(gòu)，屬于真空電子技術(shù)領(lǐng)域。包括六部分波導(dǎo)型元件第一雙脊加載矩形波導(dǎo)、呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)、第二雙脊加載矩形波導(dǎo)、雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)、第一矩形波導(dǎo)和第二矩形波導(dǎo)；第一雙脊加載矩形波導(dǎo)和第二雙脊加載矩形波導(dǎo)分別連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)的兩端，雙脊?jié)u變的雙脊加載矩形波導(dǎo)連接于第二雙脊加載矩形波導(dǎo)和第一矩形波導(dǎo)之間；第二矩形波導(dǎo)連接于呈90度彎曲的雙脊加載矩形波導(dǎo)的外側(cè)曲面窗口處，其中心軸線與第一矩形波導(dǎo)的中心軸線重合。本實(shí)用新型能夠?qū)拵⒉ㄐ盘?hào)能量與帶狀電子注很好地引入和導(dǎo)出正弦波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01J23/36GK202150439SQ20112028867
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者宮玉彬, 王文祥, 許雄, 賴劍強(qiáng), 魏彥玉, 黃民智 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)