[發明專利]一種T形交錯雙柵慢波器件

有效

• 申請號: 201310530324.1
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103606504A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 段兆云;王彥帥;唐濤;唐先鋒;宮玉彬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/42
• 分類號: H01J23/42
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于真空電子技術領域，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

太赫茲技術是當今最具發展潛力的技術之一，它在通訊、成像領域具有廣泛的應用前景。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仍是空白。真空電子器件具有很大的潛力用來實現大功率太赫茲源。行波管是真空電子學領域內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、寬頻帶和長壽命的特點，廣泛應用于雷達、制導、衛星通信、微波遙感、輻射測量等領域，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、曲折波導和矩形柵等。

螺旋線行波管是使用最廣泛的一類行波管，但其主要應用在60GHz以下的頻段，當工作在毫米波、亞毫米波及太赫茲頻段時，將會遇到結構加工困難，輸出功率大大降低的問題。目前在100GHz以上的太赫茲波段，曲折波導和矩形柵波導為主要研究的慢波器件，但目前曲折波導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，從而導致輸出功率低、效率低等問題。在“一種使用周期結構的寬頻帶太赫茲放大器件”（《應用物理學快報》，2008年，92卷，091501-1-091501-3頁，作者：Young-Min?Shin,Larry?R.Barnett）一文中研究了一種矩形交錯雙柵慢波器件，其結構如圖1所示，包括：殼體1及其內腔3，分別設于內腔上頂面、下底面的矩形柵體2，在矩形波導體（殼體1）內腔體的上頂面、下底面等距離，上、下交錯地分布（設置）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位半個周期，即同一頂面（底面）上相鄰兩柵體之間中心距為一個周期的長度，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、高功率等優點。但是此類矩形交錯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。

發明內容

本發明在矩形交錯雙柵慢波器件的基礎上，提出了一種新型T形交錯雙柵慢波器件。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。

本發明所采用的技術方案是：

一種T形交錯雙柵慢波器件，如圖2所示，在背景技術矩形交錯雙柵慢波器件的結構的基礎上，把背景技術的矩形柵體均改為T形柵體，即在原矩形柵體頂部增設一平板形柵帽，從而成為T形交錯雙柵慢波器件，通過“柵帽”兩側凸緣在電場中的尖端效應作用下增強電場局域特性、提高電場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，本發明T形交錯雙柵慢波器件包括殼體及分設于內腔上頂面及下底面的柵體，關鍵在于分設于內腔上頂面及下底面的各柵體均是下部為矩形體、頂部設有一平板形柵帽的“T”形柵體，其中相鄰兩“T”形柵順軸線方向錯位半個周期（同一頂面（底面）上相鄰兩柵體之間中心距為一個周期的長度），上頂面各“T”形柵體與下底面各“T”形柵體之間等距離交錯排列，上下兩排“T”形柵之間相錯半個周期長度；各“T”形柵分別與對應的上頂面、下底面整體加工而成。

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。

本發明在各矩形體上增設一“柵帽”，由于“柵帽”兩側尖端效應的作用而增強了電場局域特性，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這個頻段，本發明工作電壓的變化范圍僅為背景技術工作電壓變化范圍的1/6，工作電壓降低了大約200-300V,有利于整個器件的小型化，并且在整個工作頻率范圍內耦合阻抗提高了0.5Ω左右。因此，本發明具有耦合阻抗高及色散特性優良，整個器件相對小型化等優點，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。

附圖說明

圖1是背景技術矩形交錯雙柵慢波器件模型示意圖；

圖2是本發明T形交錯雙柵慢波器件模型示意圖；

圖3是本發明實施例與背景技術的色散曲線對比圖；

圖4是本發明實施例與背景技術的耦合阻抗對比圖。

圖中：1.殼體，2.柵體，2-1.（頂部）柵帽，2-2.矩形體，3.內腔。

具體實施方式