一種t形交錯(cuò)雙柵慢波器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種T形交錯(cuò)雙柵慢波器件，屬于真空電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及工作在毫米波及太赫茲波段行波管的慢波器件，包括殼體及分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的柵體，分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的各柵體均是下部為矩形體、頂部設(shè)有一平板形柵帽的“T”形柵體，其中相鄰兩“T”形柵順軸線方向錯(cuò)位半個(gè)周期，上頂面各“T”形柵體與下底面各“T”形柵體之間等距離交錯(cuò)排列，上下兩排“T”形柵之間相錯(cuò)半個(gè)周期長(zhǎng)度。本實(shí)用新型具有耦合阻抗高及色散特性優(yōu)良，整個(gè)器件相對(duì)小型化等優(yōu)點(diǎn)，特別適合太赫茲帶狀電子注器件，并且具有較高的輸出功率和效率。
【專利說明】一種τ形交錯(cuò)雙柵慢波器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于真空電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及工作在毫米波及太赫茲波段行波管的慢波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲技術(shù)是當(dāng)今最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，它在通訊、成像領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但由于缺乏合適的太赫茲功率源，太赫茲波段的電磁頻譜開發(fā)仍是空白。真空電子器件具有很大的潛力用來實(shí)現(xiàn)大功率太赫茲源。行波管是真空電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最為重要的一類微波、毫米波放大器，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。慢波器件作為行波管中電子注與電磁波相互作用產(chǎn)生功率輸出的部件，是行波管的核心部件之一。目前常用的慢波器件有螺旋線、耦合腔、曲折波導(dǎo)和矩形柵等。
[0003]螺旋線行波管是使用最廣泛的一類行波管，但其主要應(yīng)用在60GHz以下的頻段，當(dāng)工作在毫米波、亞毫米波及太赫茲頻段時(shí)，將會(huì)遇到結(jié)構(gòu)加工困難，輸出功率大大降低的問題。目前在100GHz以上的太赫茲波段，曲折波導(dǎo)和矩形柵波導(dǎo)為主要研究的慢波器件，但目前曲折波導(dǎo)慢波器件的電子注通道的加工存在著很大困難，矩形柵慢波器件則存在工作電壓高、耦合阻抗不高，從而導(dǎo)致輸出功率低、效率低等問題。在“一種使用周期結(jié)構(gòu)的寬頻帶太赫茲放大器件”(《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》，2008年，92卷，091501-1-091501-3頁(yè)，作者:Young-Min Shin, Larry R.Barnett) 一文中研究了一種矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:殼體1及其內(nèi)腔3，分別設(shè)于內(nèi)腔上頂面、下底面的矩形柵體2，在矩形波導(dǎo)體(殼體1)內(nèi)腔體的上頂面、下底面等距離，上、下交錯(cuò)地分布(設(shè)置)一組尺寸相同的矩形柵體，其中上下相鄰兩矩形柵順軸線方向錯(cuò)位半個(gè)周期，即同一頂面(底面)上相鄰兩柵體之間中心距為一個(gè)周期的長(zhǎng)度，上、下柵之間為電子注通道。此類雙柵帶狀電子注慢波器件與圓注狀真空電子器件相比，具有平板型、小型化、高工作頻率、高功率等優(yōu)點(diǎn)。但是此類矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件由于縱向傳播方向(平行于帶狀電子注)的電場(chǎng)較弱，因而器件高頻特性中的耦合阻抗較低、色散特性差，從而導(dǎo)致注波互作用效率、輸出功率低，器件整體的輸出功率和增益差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型在矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件的基礎(chǔ)上，提出了一種新型T形交錯(cuò)雙柵慢波器件。以提高器件耦合阻抗，改善色散特性，并且增大器件的輸出功率和效率。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種T形交錯(cuò)雙柵慢波器件，如圖2所示，在【背景技術(shù)】矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把【背景技術(shù)】的矩形柵體均改為T形柵體，即在原矩形柵體頂部增設(shè)一平板形柵帽，從而成為T形交錯(cuò)雙柵慢波器件，通過“柵帽”兩側(cè)凸緣在電場(chǎng)中的尖端效應(yīng)作用下增強(qiáng)電場(chǎng)局域特性、提高電場(chǎng)的耦合阻抗及器件的效率和輸出功率，改善其色散特性。因而，本實(shí)用新型T形交錯(cuò)雙柵慢波器件包括殼體及分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的柵體，關(guān)鍵在于分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的各柵體均是下部為矩形體、頂部設(shè)有一平板形柵帽的“T”形柵體，其中相鄰兩“T”形柵順軸線方向錯(cuò)位半個(gè)周期(同一頂面(底面)上相鄰兩柵體之間中心距為一個(gè)周期的長(zhǎng)度)，上頂面各“T”形柵體與下底面各“T”形柵體之間等距離交錯(cuò)排列，上下兩排“T”形柵之間相錯(cuò)半個(gè)周期長(zhǎng)度；各“T”形柵分別與對(duì)應(yīng)的上頂面、下底面整體成型。
[0007]上述“T”形柵體中:下部矩形體的厚度與頂部平板形柵帽在順慢波器件軸線方向上的厚度之比為1:1.10-1.35 ;“T”形柵體高度與“柵帽”高度之比為1:0.04-0.13。
[0008]本實(shí)用新型在各矩形體上增設(shè)一“柵帽”，由于“柵帽”兩側(cè)尖端效應(yīng)的作用而增強(qiáng)了電場(chǎng)局域特性，提高了慢波器件的耦合阻抗及器件的效率和輸出功率，改善了色散特性；如工作頻率在138-155GHZ這個(gè)頻段，本實(shí)用新型工作電壓的變化范圍僅為【背景技術(shù)】工作電壓變化范圍的1/6，工作電壓降低了大約200-300V，有利于整個(gè)器件的小型化，并且在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)耦合阻抗提高了 0.5Ω左右。因此，本實(shí)用新型具有耦合阻抗高及色散特性優(yōu)良，整個(gè)器件相對(duì)小型化等優(yōu)點(diǎn)，特別適合太赫茲帶狀電子注器件，并且增大了輸出功率和效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是【背景技術(shù)】矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件模型示意圖；
[0010]圖2是本實(shí)用新型T形交錯(cuò)雙柵慢波器件模型示意圖；
[0011]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例與【背景技術(shù)】的色散曲線對(duì)比圖；
[0012]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例與【背景技術(shù)】的耦合阻抗對(duì)比圖。
[0013]圖中:1.殼體，2.柵體，2-1.(頂部)柵帽，2-2.矩形體，3.內(nèi)腔。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)施方式以工作頻率范圍為138-155GHZ的T形交錯(cuò)雙柵慢波器件為例。
[0015]設(shè)定如下具體尺寸:T形交錯(cuò)雙柵慢波器件的端面(橫截面)寬X高為
1.21mmX 1.07mm,周期為0.75mm,電子注通道高度為0.21mm, T形柵體的高度為0.43mm,柵帽的高度為0.05mm,矩形體的厚度為0.17mm,柵帽的厚度為0.20mm ;【背景技術(shù)】矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件柵帽的寬度則為0.17mm,其它參數(shù)與T形交錯(cuò)雙柵一致；得到兩種交錯(cuò)雙柵慢波器件，然后利用三維電磁仿真軟件對(duì)上述慢波器件進(jìn)行仿真，獲得色散曲線如圖
3、耦合阻抗如圖4。如圖3所示，在138-155GHZ的工作頻率范圍內(nèi)，【背景技術(shù)】歸一化相速(相速與光速之比)為0.27813-0.27906 (對(duì)應(yīng)工作電壓為19.79-19.922kV)，工作電壓變化范圍為132V ;本實(shí)用新型的歸一化相速范圍為0.27696-0.27711 (對(duì)應(yīng)工作電壓為19.624-19.645kV)，這樣工作電壓降低了 166-277V，從而有利于小型化，工作電壓變化范圍為21V，【背景技術(shù)】工作電壓的變化范圍是本實(shí)用新型工作電壓變化范圍的6倍，所以本實(shí)用新型的色散特性非常優(yōu)良，這對(duì)行波管的工作是極為有利的。如圖4所示，可以看出本實(shí)用新型具有比【背景技術(shù)】更高的耦合阻抗，在138-155GHZ的整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)耦合阻抗提高了大約0.5 Ω。綜上所述，T形交錯(cuò)雙柵慢波器件比矩形交錯(cuò)雙柵慢波器件具有更優(yōu)良的高頻特性，從而T形交錯(cuò)雙柵行波管具有更大的輸出功率和效率，是一類優(yōu)良的大功率太赫茲源。
【權(quán)利要求】
1.一種T形交錯(cuò)雙柵慢波器件，包括殼體及分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的柵體，其特征在于分設(shè)于內(nèi)腔上頂面及下底面的各柵體均是下部為矩形體、頂部設(shè)有一平板形柵帽的“T”形柵體，其中相鄰兩“T”形柵順軸線方向錯(cuò)位半個(gè)周期，上頂面各“T”形柵體與下底面各“T”形柵體之間等距離交錯(cuò)排列，上下兩排“T”形柵之間相錯(cuò)半個(gè)周期長(zhǎng)度^“τ”形柵分別與對(duì)應(yīng)的上頂面、下底面整體成型。
2.按權(quán)利要求1所述T形交錯(cuò)雙柵慢波器件，其特征在于所述“Τ”形柵體下部矩形體的厚度與頂部平板形柵帽在順慢波器件軸線方向上的厚度之比為1:1.10-1.35 ;“T”形柵體高度與“柵帽”高度 之比為1:0.04-0.13。
【文檔編號(hào)】H01J23/42GK203536356SQ201320685832
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】段兆云, 王彥帥, 唐濤, 唐先鋒, 宮玉彬 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)