[發(fā)明專利]新型回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104051205A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 王建勛;鄭源;羅勇
• 申請（專利權(quán)）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: 李明光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波真空器件領(lǐng)域，涉及一種用于真空回旋行波管的輸入裝置，具體是一種新型寬帶低插入損耗的耦合輸入裝置。

背景技術(shù)

微波真空回旋放大器件是利用真空中的運動電子所攜帶的動能去放大微波能量的器件。電子槍產(chǎn)生電子注，電子注在高頻結(jié)構(gòu)中與高頻場相互作用，電子動能轉(zhuǎn)化成高頻場能。其中回旋行波器件在毫米波段能在較寬頻帶實現(xiàn)高功率輸出，使其成為高功率微波源中一種重要的相干輻射源，在雷達和通信系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應用。其中耦合輸入結(jié)構(gòu)的主要作用是將低功率的驅(qū)動信號高效、穩(wěn)定地輸入回旋行波管放大器的主作用回路。

目前，回旋行波管多采用圓波導作為其主回路，采用TE₁₁作為工作模式，并且工作頻帶靠近其主互作用回路的截止頻率。因而，回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)主要采用矩形輸入波導與圓形主波導直接垂直相連的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中圓波導一端連接電子槍區(qū)，定義圓波導與電子槍區(qū)連接端至圓波導與矩形波導連接處之間的一段圓波導為電子注輸入段，圓波導與電子槍區(qū)的連接端為始端，圓波導另一端連接高頻結(jié)構(gòu)；TE₁₀模式的電磁波從矩形波導注入，經(jīng)過與圓波導的連接處后轉(zhuǎn)化為TE₁₁模式在圓波導中傳輸，與電子駐共同進入高頻結(jié)構(gòu)。但是，這種垂直相連的結(jié)構(gòu)只能將矩形波導輸入電磁波一半能量轉(zhuǎn)化為正向傳輸?shù)碾姶挪ㄟM入高頻結(jié)構(gòu)與電子注互作用；與此同時，另外一半的輸入能量轉(zhuǎn)化成為了反向傳輸?shù)哪芰窟M入電子注輸入段，被電子注輸入段始端加載的吸波介質(zhì)吸收，導致該耦合輸入結(jié)構(gòu)輸入電磁波插入損耗極大。插入損耗過大則需要提高前端輸出功率要求，而前端一般采用固態(tài)器件或者傳統(tǒng)行波管制成，輸出功率十分有限，難以提供較高功率；若采用功率合成，其成本高昂，且合成需要控制相位，同樣難以實現(xiàn)。因此，減小輸入電磁波的插入損耗成為我們的研究核心。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)插入損耗大的缺陷提供一種新型回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠在寬頻帶范圍內(nèi)有效減少輸入電磁波的插入損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：新型回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)，包括圓波導及垂直加載于圓波導的矩形波導；其特征在于，所述圓波導的電子注輸入段設置有一個以上矩形凹槽，所述矩形凹槽位于耦合輸入結(jié)構(gòu)的對稱面上，與矩形波導的截面中心距離為(1/2+n)λ、n為正整數(shù)，其中λ為圓波導中心頻點TE₁₁模的波長。

進一步的，所述矩形凹槽的長、寬由對應的工作頻段與耦合量決定，深度為1/8λ′～3/8λ′、其中λ′為矩形凹槽對應尺寸的矩形波導的TE₁₀模的波長。

優(yōu)選的，所述圓波導的電子注輸入段始端設置有吸波介質(zhì)環(huán)。

本發(fā)明提供的新型回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)中，圓波導一端連接著電子槍區(qū)，定義圓波導與電子槍區(qū)連接端至圓波導垂直加載矩形波導連接處之間的一段圓波導為電子注輸入段、圓波導與電子槍區(qū)連接端為電子注輸入段始端，另一端連接高頻結(jié)構(gòu)，用于使電子槍發(fā)射的電子注與外部輸入的電磁波能順利地進入高頻結(jié)構(gòu)。矩形波導垂直加載于圓波導，用于輸入小信號電磁波，與圓波導連接處不但能耦合出正向傳播的電磁波，也能耦合出反向傳入電子注輸入段的電磁波。一個以上的矩形凹槽開設于圓波導電子注輸入段，根據(jù)電磁波的導播理論，當反方向傳播的電磁波遇到矩形凹槽時，部分電磁波會耦合至凹槽內(nèi)直至傳到短路面，進而發(fā)生反射產(chǎn)生正向傳輸?shù)碾姶挪ǎ桓鶕?jù)半波長匹配理論設定矩形凹槽在圓波導的位置、尺寸及深度，使得矩形凹槽反射處的電磁波與反向傳輸?shù)碾姶挪ㄏ辔幌嗖?80度(即二分之一波長對應的相差)，此時，兩種波形疊加產(chǎn)生相互抵消的效果，反向傳輸波的能量即相應的減少并轉(zhuǎn)化為正向傳輸波的能量，即有效的減小輸入電磁波的插入損耗。同時，在電子注輸入段始端設置的介質(zhì)接收環(huán)能夠有效吸收多余的反向傳播的電磁波，防止電磁波進入電子槍區(qū)，干擾電子槍的正常工作。

需要說明的是，本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)矩形凹槽的參數(shù)與尺寸，方便地調(diào)節(jié)矩形凹槽產(chǎn)生反相位疊加相消波的頻段使得該新型耦合輸入結(jié)構(gòu)能夠工作于不同需要的寬頻帶范圍。

本發(fā)明的發(fā)明效果為：本發(fā)明有效減小輸入電磁波的的插入損耗，且通過增加矩形槽的數(shù)量和調(diào)節(jié)矩形槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠工作于不同需要的寬頻帶范圍；該新型回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，適用于多個頻段的微波器件，有效節(jié)約重復設計和加工成本，為產(chǎn)品的一致性提供保障；并且能夠在傳統(tǒng)耦合輸入結(jié)構(gòu)上直接改造。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)回旋行波管耦合輸入結(jié)構(gòu)的三維剖視圖。