[發明專利]一種角向非對稱螺旋線慢波結構及該慢波結構的制造方法

有效

• 申請號: 201610554462.7
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN106206218B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 蔡軍;鄔顯平;李莉莉;馮進軍;杜英華;潘攀
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十二研究所
• 主分類號: H01J23/26
• 分類號: H01J23/26;H01J25/34
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司11257
• 代理人: 王喆,張文祎

技術領域

本發明涉及真空電子器件領域，特別涉及一種角向非對稱螺旋線慢波結構及該慢波結構的制造方法

背景技術

行波管是一類在國防和國民經濟中廣泛應用的一種電子器件，具有良好的功率、頻帶和增益性能。慢波結構作為行波管和返波振蕩器等基于分布互作用器件的核心部件，起到降低電磁波的相速度的作用，使電子和電磁波發生有效的相互作用。因此，慢波結構的形狀和尺寸確定了高頻場的分布相傳播速度，從而決定了電子注與波的互作用效果，對行波管的性能起著決定性的影響。

螺旋線是行波管最常用的慢波結構，如圖1、2所示，現有的單幾何周期螺旋線慢波結構由金屬管殼1ˊ、介質夾持桿2ˊ和螺旋線3ˊ組成，從橫截面看來整體為角向對稱結構。其中夾持桿為角向對稱設置的三個品字形結構，從二維視圖可知，慢波結構為角向對稱結構，夾持桿和螺旋線之間為平面與弧面之間的接觸方式，接觸面積很小，不利于螺旋線電子截獲產生熱量的傳導擴散。

在大功率工作時，該慢波結構存在兩項主要技術問題：第一，大功率一般需要高電壓或大電流，常規的螺旋線慢波結構中，高電壓線與色散中返波線耦合阻抗較大的點相交，大電流會也容易產生返波振蕩，破壞行波管無法正常工作；第二，由于常規的螺旋線為金屬帶繞制而成，從橫截面看在螺旋線外側任意位置都為弧面，但與之連接的介質桿為平面結構，兩者之間的接觸面積小，接觸熱阻大，截獲電流增大時，不利于熱量的導出，螺旋線容易燒毀。

如圖3所示，中國專利：一種不對稱金屬加載螺旋線慢波結構(申請號：201511020383.X)，利用在金屬管殼上加載較大尺寸的非對稱加載金屬結構4ˊ，通過靠近螺旋線在色散曲線中產生π模截止頻帶，這種新結構有利于克服返波振蕩問題，但散熱問題仍沒有得到改善。

針對上述現有技術的不足，這就需要提供一種新型的角向非對稱螺旋線慢波結構，該新型角向非對稱螺旋線慢波結構不但要在色散中產生π模截止頻帶，同時還要增大螺旋線和夾持桿接觸面積，解決大功率螺旋線行波管的返波振蕩和散熱問題。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種角向非對稱螺旋線慢波結構；該螺旋線慢波結構通過在螺旋線和圖形金屬化夾持桿之間設置金屬加載，金屬加載使得慢波結構具有角向不對稱的特性，在保證了螺旋線色散曲線π模截止頻帶抑制返波振蕩的同時，螺旋線和圖形金屬化夾持桿之間實現了大面積有效接觸，大大降低了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻，解決了現有技術中大功率螺旋線行波管的返波振蕩和散熱問題，使得角向非對稱螺旋線慢波結構的散熱能力大幅提高。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種上述角向非對稱螺旋線慢波結構的制造方法，該制造方法通過曝光顯影、圖形金屬化、微電鑄和夾持焊接等技術手段，在螺旋線和夾持桿之間引入金屬加載形成角向非對稱慢波結構，在色散曲線中產生π模截止頻帶，在截止頻帶范圍內的電磁波不能傳輸，避免了電子注與其發生互作用，從而抑制返波振蕩，并通過金屬加載實現了螺旋線和圖形金屬化夾持桿的有效連接，改善了螺旋線和夾持桿的導熱能力；通過該方法得到的角向非對稱螺旋線慢波結構，實現了在返波振蕩抑制和改善散熱這兩項重要技術能力的同時提升，顯著提高了螺旋線行波管在大功率方面的性能。

為解決上述第一個技術問題，本發明采用下述技術方案：

一種角向非對稱螺旋線慢波結構，所述慢波結構包括螺旋線、夾持桿和管殼；所述夾持桿的外側壁與所述管殼的內側壁連接固定；

所述夾持桿中部分夾持桿的內側壁與所述螺旋線之間通過金屬加載連接固定；所述夾持桿中其余部分夾持桿的內側壁與所述螺旋線之間連接固定。本發明中在螺旋線慢波結構中選擇單個或部分夾持桿，在被選擇的夾持桿與螺旋線之間的生長金屬加載結構，形成角向非對稱螺旋線慢波結構；該慢波結構在保證了螺旋線色散曲線π模截止頻帶抑制返波振蕩的同時，螺旋線和圖形金屬化夾持桿之間實現了大面積有效接觸，大大降低了螺旋線與夾持桿之間的接觸熱阻。

進一步的，圖形金屬化的夾持桿根據金屬加載結構進行尺寸調整，所述螺旋線位于所述慢波結構的居中位置。

進一步的，在與所述金屬加載相對應連接的夾持桿的內側壁上設有通過曝光光刻并金屬化的第一金屬化鍍層，所述金屬加載與所述第一金屬化鍍層連接。

進一步的，所述金屬加載與其相對應的經過曝光光刻后的螺旋線壁面連接固定。

進一步的，所述夾持桿中其余部分夾持桿的內側壁與其相對應的經過曝光光刻后的螺旋線壁面連接固定。

為解決上述第二個技術問題，本發明采用下述技術方案：