[發明專利]曲折槽波導慢波線

無效

• 申請號: 200910060072.4
• 申請日: 2009-07-22
• 公開（公告）號: CN101673866A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 王文祥;唐濤;岳玲娜;趙國慶;魏彥玉;宮玉彬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P9/00
• 分類號: H01P9/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于微波電子管技術領域，涉及微波管高頻系統中的慢波線結構。

背景技術

作為微波傳輸線的普通波導工作到毫米波特別是短毫米波波段時，尺寸將變得十分小，極大地限制了傳輸微波的功率容量，同時，損耗卻迅速增加，比如，在200GHz頻率下，矩形波導的尺寸只有1.092mm×0.546mm，理論損耗達到9.7dB/m，實際測量達到的損耗更高達40dB/m，過模波導雖然可以增大波導尺寸，但卻存在嚴重的高次模式競爭。

槽波導是上世紀六十年代提出的一種波導傳輸線，如圖1所示，它由上、下金屬板1、2，以及在金屬板上加工出的槽3組成，槽3的形狀可以是圓弧形、半圓形、矩形、橢圓形、三角形、梯形等，也可以是任意其它形狀。圖2給出了幾種槽形的槽波導的橫截面圖，圖中同時給出了在槽波導中基模高頻場的分布，細實線為電力線，虛線為磁力線，具有其它槽形的槽波導中的基模高頻場分布與此類似。可以看出這種場分布類似于圓波導中的TE₁₁模，它具有下述特點：

(1)在槽波導橫截面的中心軸線方向上，電場具有橫向最大值，當電子注沿著該方向通過時，就將與場發生最有效的相互作用；

(2)場主要集中在槽區，隨著離開槽區距離的增加，基模場將迅速衰減，以致當離開槽區達到一定距離后，基模場實際上已趨于零。

槽波導克服了普通波導在尺寸和損耗方面的不足，具有尺寸大、損耗小，單模工作頻率范圍寬等優點，因而特別適合在毫米波、亞毫米波波段應用。以圓波導和半圓形槽波導比較為例，普通圓波導的TE₁₁模單模工作范圍是2.61R＜λ＜3.14R，其中R為圓波導半徑，λ為微波波長；而半圓形槽波導的單模工作范圍可以達到0.99R＜λ＜3.27R，遠大于圓波導的工作頻率范圍，其中R為半圓形槽的曲率半徑；反之，若單模工作頻率范圍不變，則半圓形槽波導的尺寸就可以比圓波導尺寸大得多，從而功率容量也相應提高；至于損耗，同樣在200GHz頻率下，根據兩塊金屬板1與2之間距離的不同，矩形槽波導的損耗大約在1～5dB/m之間，比同頻率下的矩形波導的理論損耗9.7dB/m小得多。

將矩形窄波導順其寬邊(E面)來回折彎就形成曲折矩形波導(折彎時可以采用直角彎，也可以是圓弧彎)。圖3給出了圓弧彎普通曲折矩形波導的立體示意圖，圖中4為矩形窄波導。折彎時，除了圓弧彎曲部分5外，還有一段直波導部分6，沿著普通曲折波導的中軸線開一個縱向貫通的圓形孔，相鄰兩個曲折單元的直波導的圓形通孔之間，采用與圓形通孔孔徑尺寸相同的金屬管連接，形成電子注通道7，從而構成曲折波導慢波線。圖3中同時也畫出了矩形波導中TE₁₀模的電力線分布。

沿通過曲折波導慢波線中軸線且平行于矩形波導窄邊的中心平面剖開，可將曲折波導慢波線一分為二。因此，現有的曲折波導慢波線通常采用兩塊半金屬板制作：其中一半金屬板如圖4所示(另一半金屬板與它完全對稱)，在兩塊半金屬板上分別加工出半曲折矩形波導和半圓金屬通孔8，然后將兩塊金屬板合在一起形成完整的曲折矩形波導慢波線(兩個半圓通孔8合在一起正好形成圓形電子注通道7)。

由于矩形波導中基模TE₁₀模的電力線垂直于波導寬邊，因而矩形波導經折彎形成曲折波導后，電力線方向將正好在曲折波導的縱向(即中軸線方向)，當電子注在電子注通道7中通過時，電子運動方向與高頻電場方向就會相同或相反，從而相互作用而產生能量交換，在一定條件下，使微波場得到放大；同時微波沿矩形波導曲折傳輸，它在曲折波導縱向的相速就慢了下來。可見，曲折波導可以成為微波管中發生注-波互作用的最重要的高頻系統之一-慢波線，曲折矩形波導慢波線已被廣泛應用于毫米波行波管中。

由于普通矩形波導工作到毫米波特別是短毫米波波段時，尺寸將變得十分小，極大地限制了傳輸微波的功率容量，同時，損耗卻迅速增加；因此基于矩形波導的曲折矩形波導慢波線工作到毫米波特別是短毫米波波段時，同樣存在尺寸小，傳輸微波的功率容量低，而損耗增加的缺陷，從而極大地限制了曲折矩形波導慢波線的應用。

發明內容

本發明提供一種曲折槽波導慢波線，該慢波線與現有的曲折矩形波導慢波線相比具有寬頻帶、大尺寸、低損耗的特點，且具有更高的輸出功率和效率；同時，該慢波線還具有結構相對簡單，加工精度要求低和加工容易的特點。

本發明基于普通曲折矩形波導慢波線同樣的原理，將槽波導中的槽來回折彎成曲折槽波導(其折彎方式同樣可以是直角折彎，也可以是圓弧折彎)，即形成本發明的曲折槽波導慢波線。

本發明技術方案如下：