[發(fā)明專利]一種回旋行波管的橫向輸出裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610195024.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN105845532B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李浩;吳澤威;江翠玲;蒲友雷;羅勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J23/36
• 分類號(hào): H01J23/36
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大功率毫米波技術(shù)中的功率源技術(shù)，具體涉及了一種能直接輸出高斯波束的回旋行波管橫向輸出裝置。

背景技術(shù)

回旋行波管是一種大功率的寬帶毫米波放大器，具有寬頻帶、高功率、高增益和高效率等特點(diǎn)，在通訊、雷達(dá)、精確制導(dǎo)和材料處理等方面有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。為了能降低器件的工作損耗以及提高注波互作用效率，回旋行波管通常采用圓波導(dǎo)TE_0,n模作為工作模式。較其他模式而言，TE_0,1模具有更低的傳輸損耗，是典型的回旋行波管輸出模式。

輸出裝置是回旋行波管的關(guān)鍵組成部分，對(duì)輸出功率、模式純度以及整管效率有著巨大的影響。為了實(shí)現(xiàn)高功率微波的高效、平穩(wěn)輸出，輸出裝置要盡可能地抑制工作模式的終端反射。因此，輸出裝置通常采用半徑漸張的圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，直接與收集極輸入端相接，在軸向上實(shí)現(xiàn)能量輸出。這種軸向輸出的方式存在兩個(gè)方面的不足：一是會(huì)導(dǎo)致整管的高度(即軸向長(zhǎng)度)增加，不利于安裝與擺放；另一方面是輸出的波束為工作模式，不利于遠(yuǎn)距離傳輸和直接應(yīng)用。因此，在大功率毫米波系統(tǒng)中，通常需要在回旋管后連接模式變換器，將回旋管的工作模式轉(zhuǎn)換成適宜遠(yuǎn)距離傳輸或直接應(yīng)用的高斯波束。在高功率輸出條件下，為保證功率容量，模式變換器需采用過(guò)模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這種基于過(guò)模波導(dǎo)的模式變換器，存在工作頻帶有限、易產(chǎn)生寄生模式、變換長(zhǎng)度長(zhǎng)、插損大、需要冷卻的缺點(diǎn)，不利于回旋行波管性能的充分發(fā)揮，大大增加了應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜度。

為了實(shí)現(xiàn)注波分離、方便采用降壓收集極提高整管效率；同時(shí)在輸出窗口直接實(shí)現(xiàn)高斯波束輸出，一種基于準(zhǔn)光模式變換器的橫向輸出裝置被廣泛應(yīng)用于回旋振蕩管中。這種橫向輸出裝置由帶有切口的輻射器和鏡面修正系統(tǒng)組成。雖然這種結(jié)構(gòu)可以在輸出窗口實(shí)現(xiàn)高效率的高斯波束輸出，但是工作頻帶窄(通常為點(diǎn)頻)，不能實(shí)現(xiàn)寬頻帶回旋管的輸出。同時(shí)在公開號(hào)為CN101562268A發(fā)明名稱為《一種用于回旋放大器的多波導(dǎo)輸出裝置》和公開號(hào)為CN102509686A發(fā)明名稱為《回旋行波管多波導(dǎo)輸出裝置》的專利文獻(xiàn)中所公開的橫向輸出裝置，雖然在不同程度上實(shí)現(xiàn)了高功率毫米波回旋管的寬頻帶輸出，但是輸出的波束仍然為波導(dǎo)模式，依舊存在不方便直接應(yīng)用和傳輸、仍需要使用模式變換器將其轉(zhuǎn)換為高斯波束的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決大功率回旋行波管存在的輸出模式不利于直接應(yīng)用和空間傳輸?shù)膯?wèn)題，以及目前大功率毫米波傳輸系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)寬頻帶、高效率、緊湊化、小型化等方面的需求問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種回旋行波管的橫向輸出裝置。

本發(fā)明提出的一種回旋行波管的橫向輸出裝置包括波導(dǎo)過(guò)渡段、90度波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎段、和圓波導(dǎo)輻射器。

所述波導(dǎo)過(guò)渡段將從收集極輸出的波束調(diào)整到合適大小，實(shí)現(xiàn)與90度波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎段的匹配。

所述90度波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎段的輸入口與輸出口相互垂直，將縱向輸入波束轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向輸出，并將注入其中的TE₀₁模轉(zhuǎn)換成中介模式TM₁₁模。

所述圓波導(dǎo)輻射器將中介模式TM₁₁模轉(zhuǎn)換成高斯波束，并通過(guò)后接的輸出窗實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出。

進(jìn)一步地，所述波導(dǎo)過(guò)渡段可以采用直線型、正弦型、切比雪夫型以及非規(guī)則曲線等常用波導(dǎo)過(guò)渡結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述90度波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎段為彎曲的圓波導(dǎo)，波導(dǎo)軸線為圓弧型、指數(shù)型、正弦型以及其他非規(guī)則曲線等方式。

進(jìn)一步地，所述波導(dǎo)輻射器為波紋槽漸變的波紋喇叭結(jié)構(gòu)，且波紋槽的深度從0漸變到λ/4，λ為波紋槽波導(dǎo)內(nèi)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。

進(jìn)一步地，所述圓波導(dǎo)輻射器的波紋槽為矩形型或正弦型。

進(jìn)一步地，所述90度波導(dǎo)轉(zhuǎn)彎段的輸入與輸出口徑一致，口徑2α與波長(zhǎng)λ滿足：π為圓周率。

進(jìn)一步地，所述波紋喇叭結(jié)構(gòu)的波紋槽周期p小于λ/2，且槽深從輸入端由0開始變化，到達(dá)輸出端時(shí)變化到λ/4，波紋槽深度變化過(guò)程可采用2次曲線、對(duì)稱正弦曲線等。

進(jìn)一步地，所述輸出裝置的材料為銅。

本發(fā)明可以達(dá)到以下有益效果：

(1)設(shè)計(jì)的輸出裝置能直接輸出高斯波束，而不是TE₁₁模或TE₀₁模，有利于降低輸出窗的設(shè)計(jì)難度，提高回旋管的輸出效率。

(2)通過(guò)對(duì)輸出裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，可控制輸出高斯波束的束腰大小及位置，方便與后續(xù)高功率毫米波鏈路的連接。