[實用新型]一種準螺旋線矩形折疊波導

有效

• 申請號: 201620965796.9
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN206274505U
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 王清源
• 申請（專利權）人: 成都賽納為特科技有限公司
• 主分類號: H01J23/27
• 分類號: H01J23/27;H01P3/00;H01P9/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 馬碧娜

技術領域

本實用新型涉及一種電磁波傳輸線。具體地說，是涉及一種用于信號延遲或電磁波源的慢波結構的緊湊型準螺旋線矩形折疊波導。

背景技術

折疊傳輸線的第一個重要應用是作為信號延遲線， 在雷達等系統中用于信號延遲。折疊傳輸線的第二個重要應用是在行波管放大器中作為慢波結構使用。這時，電子束沿一定直線電子通道傳播，而電磁波則沿著彎折的傳輸線傳播。 雖然在折疊傳輸線內傳播的電磁波的相速很快， 可以接近于光速， 甚至大于光速， 但在該直線電子通道中， 電子束感受到的電磁波的相速可以遠遠低于光速。采用折疊波導構成的行波管的電子束能量可以大大降低，有利于器件的小型化。

傳統的折疊傳輸線一般采用傳輸線連續彎曲而成。 比如波導延遲線和折疊波導行波管中的折疊波導將波導彎曲疊放。由于過小的彎曲曲率半徑將導致信號的反射，這種延遲線的體積通常都比較大。折疊波導行波管放大器中的普通的慢波結構采用矩形波導段與U形波導端分別交替連接構成， 同樣有體積大的問題。普通的折疊波導行波管存在的另一個問題是帶寬問題。這種行波管中采用的折疊波導一般為二維結構，波導在一個過Z軸的平面，比如XZ平面內連續彎曲。在這種折疊波導中， 沿Z軸傳播的電子在通過一個周期的折疊波導時，有兩個與電磁波相互作用的區域。 在這兩個互作用區域中，傳輸的電子束感受到的電磁波的相位差除電磁波沿該折疊波導的彎折途徑傳輸所決定的相位差外，還包括由于傳輸線的180度彎折波導致的電磁場方向反向所決定的180度的所謂“形狀相位差”。這個形狀相位差的存在，使得沿Z軸方向傳播的電子束與沿折疊波導傳播的電磁波在沿Z方向的速度同步條件下，在同一周期中的兩個互作用區域中，電子束所受到的沿Z軸方向的作用力會切換方向，導致電磁波從電子束獲得的能量相互抵消。為了解決這個問題，電子束沿Z方向的速度與電磁波沿Z方向的平均相速必須失配。由此帶來了對折疊波導行波管的相對帶寬的嚴重限制。普通的折疊波導行波管存在的另一個問題是由于單電子書造成的束波互作用的效率問題。國內外有采取2至3根電子束的方案，但與位于結構中心軸上的主電子束相比，其它電子束所經歷的電磁波的相位會有一定程度的失配， 導致器件總體性能的下降。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種沒有形狀相位差的準螺旋線矩形折疊波導。 在用于波導行波管的慢波慢波結構時，在本實用新型上可以方便地設置多根電子束通道。這種方案具有結構簡單、加工方便、工作頻率寬, 結構緊湊等特點。

為了實現上述目的，我們的方案為，準螺旋線矩形折疊波導,包括沿Z軸方向依次連通并重復的至少2個最短波導周期結構和輸入輸出波導。所述最短波導周期結構指在Z方向長度最短的波導周期。由于最短波導周期結構的任意整數倍都可以作為該準螺旋線矩形折疊波導的一個周期，這里對最短波導周期結構做出了定義。

存在一與Z軸平行的直線AB， 所述直線AB與所述任意一個最短波導周期結構的交集為一條連續的線段CD。這樣，任意與Z軸平行的直線與任意一個最短波導周期結構只有一條連續的交匯線段。這是本實用新型與傳統的折疊波導行波管中的準螺旋線矩形折疊波導的顯著區別之一。在傳統的折疊波導行波管中，任意與Z軸平行的直線與任意一個最短波導周期結構有兩條連續的交匯線段。

該準螺旋線矩形折疊波導作為慢波結構使用時，需要設置至少一根直線電子通道。該直線電子束通道與Z軸平行。所述直線電子束通道與所述直線AB重合。作為最佳設計，所述線段CD通過所述最短波導周期結構中電磁波的電場強度的最大幅值點。也就是說，直線電子通道通過該準螺旋線矩形折疊波導中電場強度最大的位置。

不失一般性， 我們定義所述任意最短波導周期結構的兩端面的位置如下：任意最短波導周期結構的兩端面都與YZ平面平行。 所述最短波導周期結構的兩端面的形狀為矩形；所述任一最短波導周期結構的兩端面的寬邊都與Y軸方向平行。

或者，所述最短波導周期結構的兩端面為單脊矩形波導； 所述任一最短波導周期結構的兩端面中的任意端面的寬邊與Y軸方向平行，所述單脊矩形波導的脊位于該波導的一個寬邊上。

或者，最短波導周期結構的兩端面為雙脊矩形波導；所述任一最短波導周期結構的兩端面中的任意端面的寬邊與Y軸方向平行，所述雙脊矩形波導的雙脊分別位于該波導的兩個寬邊上。

當電磁波的頻率接近所述折疊波導的工作模式的截止頻率時，所述直線AB與所述任意兩個沿Z方向相鄰的最短波導周期結構的交集處的電磁波的相位差趨于零。