[發明專利]一種平面槽線的慢波結構

有效

• 申請號: 201610003262.2
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105513928B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 丁沖;魏彥玉;王媛媛;張魯奇;李倩;郭彍;宮玉彬;王文祥
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/28
• 分類號: H01J23/28
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明設計屬于微波電真空技術領域，涉及行波管放大器件。

背景技術

電真空器件作為一類重要的微波，毫米波源，被廣泛應用在雷達、制導、通信、微波遙感等領域，被譽為武器裝備的“心臟”，其性能直接決定著整體裝備的水平。隨著航空航天工程和電子技術水平的飛速發展，迫切需要結構和加工工藝相對簡單、寬頻帶、大功率、小體積、低成本的功率源。如何在保證電真空器件的高功率，高效率，高頻帶，寬帶寬的優勢的同時，實現小型化，低電壓，從而更好地適應科技發展的需求，是電真空器件一個重要的發展方向。

隨著科學技術的不斷發展，傳統的電真空器件越來越多地受到了固態器件的挑戰，固態器件體積小、重量輕，但是功率小、帶寬窄，無法滿足裝備系統對功率和帶寬的要求。隨著集成電路技術的發展，作為信號處理電路中應用的小功率行波管已經被固體器件代替，然而需要大功率技術的地方，如電子戰系統，衛星通信轉發器或者衛星廣播發射機，行波管可以提供獨到的好處，目前已發展為國民經濟和國防建設的關鍵基礎性器件。

1943年，物理學家R.康夫納在英國制出世界上第一只行波管，1947年美國物理學家J.皮爾斯發表對行波管的理論分析。現代行波管已成為雷達、電子對抗、中繼通信、衛星通信、電視直播衛星、導航、遙感、遙控、遙測等電子設備的重要微波電子器件。行波管的特點是頻帶寬、增益高、動態范圍大和噪聲低。行波管頻帶寬度可達100％以上，增益在25～70分貝范圍內，低噪聲行波管的噪聲系數最低可達1～2分貝。

行波管在結構上包括電子槍、慢波電路、集中衰減器、能量耦合器、聚焦系統和收集極等部分。電子槍的作用是形成符合設計要求的電子注。聚焦系統使電子注保持所需形狀，保證電子注順利穿過慢波電路并與微波場發生有效的相互作用，最后由收集極接收電子注。待放大的微波信號經輸入能量耦合器進入慢波電路，在行波管中，電子注同慢波電路中行進的微波場發生相互作用,在長達6～40個波長的慢波電路中電子注連續不斷地把動能交給微波信號場，從而使信號得到放大。

平面行波管是結合真空器件和固態器件而提出的一種具有寬頻帶、高效率、重量輕、體積小的真空器件。但是這類平面慢波結構存在著一些關鍵問題制約著以這類慢波結構為基礎的小型化行波管的發展，其中之一就是介質底板上的電子累積問題，電真空器件的流通率在實際當中不可能達到100％，也就是說在真空器件工作時，總會有電子打到慢波結構上，傳統的器件如螺旋線行波管，雖然體積龐大且非常笨重，但由于電子一般都是直接打到具有良好的導電性能的金屬螺旋線上，因此電子可以直接被導走。而目前的平面慢波結構都是在介質基底上采用印制電路板的方式加工的，在實際的注波互作用過程中當電子打到介質基板上的時候，由于介質的不導電性，電子將在介質基板上積累，引起電位下降，從而改變電子注的聚焦情況，此過程不但會毀壞介質基板，影響慢波結構的性能，而且在嚴重的情況下會導致行波管無法工作。

發明內容

本發明在于提供了一種平面槽線慢波結構，采用帶狀電子注與電磁波進行互作用，其具有較寬的工作帶寬和較低的工作電壓，且能夠避免由于擾動而不受約束的電子直接打到介質基片上，從而有效解決微帶慢波結構的電子累積的問題，是一種具有較大潛力的適用于小型化平面行波管的慢波結構。

本發明是通過以下技術方案實現上述目的：

本發明是由介質基底2和金屬層1構成，金屬層1位于介質基底2表面，并且金屬層1上刻有一條槽線，所述槽線的形狀為周期性彎折曲線；

上述窄槽可以為N形、正弦曲線、V形等周期性結構；

根據周期性慢波結構的作用原理結合本發明的技術方案，定義所述槽線的一個單元周期長度為p，則所述周期長度p可以不變或遞增或遞減或隨機變化；

本發明在工作過程中，在介質基底2的上面金屬層1上刻一條窄槽形成慢波結構，槽線中電磁場主要集中在槽口附近的介質基底2，帶狀電子注在金屬層1上方通過，與在慢波結構中傳播的電磁波產生相互作用，將能量交給電磁波，從而實現信號的放大；而微帶線是位于接地層上由電介質隔開的印制導線。本發明中，所述結構的金屬層1相對于介質基底2上表面具有一定厚度，故形成了具有避免電子直接打到介質基底2上的平面槽線慢波結構。

通過利用電磁仿真軟件對該結構進行優化設計，可以發現，與相同尺寸的常規微帶慢波結構相比具有以下優點：

(1)本發明提出的平面槽線慢波結構在金屬層的保護下，電子幾乎只會落到平面槽線慢波結構的金屬層上，有效避免電子累積的問題；