[發明專利]回旋行波管用寬帶多波導輸出裝置

有效

• 申請號: 201110441714.2
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102509686A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 王建勛;羅勇;陳憲龍;劉國;王麗;徐勇;鄢然
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/36
• 分類號: H01J23/36
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 詹福五

技術領域

本發明涉及一種真空元器件中的微波輸出裝置，特別是一種回旋行波管用寬帶橫向輸出的寬帶多波導輸出裝置。

背景技術

傳統微波管如磁控管、行波管和返波管等向毫米波段擴展時將會遇到嚴重的困難，而且功率輸出急劇下降。因此尋求基于新原理的毫米波、亞毫米波器件一直是人們努力的目標，由此產生了一系列不同于傳統微波管的新型器件，例如回旋管等。由于回旋管中的回旋行波管在毫米波波段具有高功率，高增益和寬頻帶的卓越性能，因而得到了迅速發展。

為了提高回旋行波管輸出功率和帶寬，一系列的輸出裝置被設計出來。軸向輸出結構由于其結構簡單，在回旋器件、特別是在回旋行波管中較為常用。但是為了避免電磁波對電子注再加速、導致微波能的損耗，以及采用降壓收集極來提高整管效率，則需要增加橫向輸出結構。現有的高效回旋管基本上都采取準光橫向輸出結構；其基本原理是把輸出的高功率微波、經輸出孔和鏡面系統轉換后通過高斯波束輸出。但是，目前準光輸出裝置的帶寬較窄，僅適合單頻點工作的回旋振蕩管，而不能用于寬帶回旋行波管。在公開號為CN101562268A、發明名稱為《一種用于回旋放大器的多波導輸出結構》的專利文獻所公開的帶橫向輸出裝置，包括由內圓柱形腔體和同軸心設置的外圓環形腔體，內、外腔體之間通過環形公共壁分隔組成復合腔、在公共壁上環形間隔設有多個矩形耦合孔，并在正對耦合孔的外圓環腔的殼體上還分別設有一輸出波導，而在內圓柱腔體的上、下端面上繞軸線分別設有小、大兩個圓筒形波導；該多波導輸出結構通過大小兩個圓波導、內開放式圓柱腔及外圓環腔之間的諧振，將電磁波從沿軸向傳輸方向耦合到橫向波導中輸出，以避免電磁波對電子注的再加速，但是由于其諧振結構所限、采用該耦合方式的帶寬很窄，因而不能與寬帶回旋行波管配套使用。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術存在的弊病，研究設計一種回旋行波管用寬帶多波導輸出裝置，使回旋行波管圓波導中的微波經其橫向寬帶矩形波導輸出，以達有效提高寬帶回旋行波管用多波導輸出裝置的帶寬，充分滿足毫米波波段具有高功率，高增益和寬頻帶的回旋行波管配套用，以及為降壓收集極的優化設計提供基礎參數等目的。

本發明的解決方案是采用順軸向行波耦合，即在與回旋行波管相同內徑的圓波導的殼體上、根據極化模式順軸向設置一組寬帶矩形橫向輸出波導，并在各橫向輸出波導內順軸向設置一組微波耦合輸出孔，各組耦合孔兩端的前4個孔的寬度采取由窄到寬的梯級式設置、其寬度系數分別由切比雪夫多項式的前四項決定，以將回旋行波管圓波導中的微波經其橫向矩形波導輸出，以避免電磁波對電子注的再加速對回旋行波管輸出功率的影響，同時在各矩形波導內腔前端面與圓波導交界處還設有一耦合面、以確保橫向輸出的模式與圓波導耦合孔輸入的模式的一致性；本發明即以此實現其發明目的。因此，本發明回旋行波管用寬帶多波導輸出裝置，包括帶輸入、輸出口的圓形波導，設有微波輸出口的矩形波導、以及設于圓形波導與矩形波導之間的矩形耦合孔，關鍵在于矩形波導為一組順軸向間隔設于圓形波導殼體上的長條形矩形波導、其上的微波輸出口位于該矩形波導的尾端，而設于圓形波導與矩形波導之間的矩形耦合孔組則為順軸向設置的、各孔的軸向長相等、各孔之間的中心距亦相等的矩形耦合孔，各組耦合孔兩端前4個孔的寬度采取由窄到寬的梯級設置、而中間各孔的寬度均與兩端第4個孔的寬度相等；各矩形波導等間隔順軸向緊固于圓形波導的殼體上，各組耦合孔亦分別設于相應的矩形波導與圓形波導之間的圓形波導殼體上。

上述矩形波導為一組順軸向間隔設于圓形波導殼體上的長條形矩形波導，其長條形矩形波導數為2-8個。

所述各孔的軸向長相等、各孔之間的中心距亦相等的矩形耦合孔；各孔之間的中心距(l)由：

l＝π/β

決定，其中β為圓波導傳播常數；而各矩形耦合孔的軸向長(b)為：

所述各組耦合孔兩端前4個孔的寬度采取由窄到寬的梯級式設置，前4個孔的寬度以兩端第一個孔的寬度為準(基數)、其各孔的寬度系數分別由切比雪夫多項式的前四項決定、即由：

T₀＝1、T₁(x)＝x、T₂(x)＝2x²-1及T₃(x)＝4x³-3x

依次決定各組耦合孔兩端前的第1、2、3、4孔的寬度系數；其中：1＜x＜3。