[發明專利]一種0.34THz行波管

有效

• 申請號: 201710195602.0
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN106803473B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 胡鵬;黃銀虎;雷文強;蔣藝;宋睿;陳洪斌
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01J25/34
• 分類號: H01J25/34;H01J23/24;H01J23/36
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙)11357
• 代理人: 張素紅

技術領域

本發明涉及微波真空電子器件領域，具體地說涉及一種0.34THz行波管。

背景技術

隨著科學技術的發展，在無線通信領域低頻段的頻譜資源日益短缺，急需向更高頻段拓展，太赫茲波是指頻率在10¹¹Hz至10¹³Hz范圍內的電磁波，其頻率是微波的幾十至幾百倍，能夠容納的信道容量相比微波頻段要多得多，特別適合于寬帶高速無線數據通信。對于雷達系統來說，由于太赫茲波的載波頻率高，波長短，其對運動目標進行探測時的多普勒頻移相比微波來說更大，可以實現更高的成像分辨率以及更精確的定位。為了拓展太赫茲應用系統的作用距離，最為簡單有效的途徑是提高系統中信號發射源的輸出功率；此外，為了獲得較高的通信速率以及成像分辨率，系統又要求信號發射源具備足夠的帶寬，目前信號源的現有水平已制約了太赫茲技術的發展，急需提高太赫茲源的整體性能。

行波管廣泛地應用于電子對抗、雷達系統以及衛星通信等領域。行波管的基本工作原理，是利用陰極發射出來的直流電子注與電磁場發生相互作用，電子注產生群聚現象并進行能量交換，將電子直流能量轉化為高頻微波能量進行輸出，形成信號放大器的功能。相比于固態微波放大器，行波管放大器具有大功率、寬頻帶、高效率、高增益等特點，在很多場合下是固態微波放大器所無法替代的。

頻率0.34THz附近存在一個大氣傳輸窗口，其中THz是一個頻率的單位，為10¹²Hz。該頻段太赫茲波的大氣傳輸衰減相比臨近頻段更小，對于太赫茲應用系統來說，0.34THz是一個理想的載波信號頻率。工作頻率為0.34THz的遠距離太赫茲應用系統需要0.34THz行波管作為末級放大器為系統提供大功率寬帶載波信號，而現有的0.34THz行波管輸出功率只能達到約40mW，無法滿足該頻段太赫茲應用系統的需求。

發明內容

針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，現提出一種0.34THz行波管，該行波管的帶寬達到2GHz，增益達到20dB，輸出功率達到130mW，可以滿足0.34THz頻段太赫茲應用系統的需求。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種0.34THz行波管，包括電子槍、慢波結構、輸能窗、磁聚焦系統以及收集極，所述慢波結構采用折疊波導結構，其參數包括波導寬邊長度a、波導窄邊長度b、半周期長度p、直波導長度h、彎曲波導半徑r_avg以及電子束通道半徑r_t，其中，波導寬邊長度a為0.5mm±0.02mm，波導窄邊長度b為0.08mm±0.02mm，半周期長度p為0.14mm±0.02mm，直波導長度h為0.21mm±0.02mm，彎曲波導半徑r_avg為0.02mm±0.01mm，電子束通道半徑r_t為0.09mm±0.01mm；

所述輸能窗采用盒型窗結構，包括窗體和設于窗體內的窗片，所述窗片的厚度為0.1mm±0.02mm，直徑為1.8mm±0.05mm，所述窗片的上下兩端面各連接有一個圓柱諧振腔，所述圓柱諧振腔的直徑為1.2mm±0.05mm，高度為0.1mm±0.05mm，所述窗片外徑與圓柱諧振腔外徑的同心度在0.01mm以內，所述兩圓柱諧振腔外端各連接一段矩形波導，所述矩形波導為WR2.8標準波導。

進一步，所述慢波結構采用無氧銅材料制備而成，采用微銑削工藝或者UV-LIGA工藝進行加工，加工的表面粗糙度優于200nm。

進一步，所述慢波結構的總長度為200至300倍半周期長度。

進一步，所述窗體采用彌散無氧銅制備而成，所述窗片為藍寶石窗片。

進一步，所述電子槍包括陰極、聚焦極和陽極，所述電子槍的直徑為30mm±5mm，長度為60mm±5mm，所述陰極電位設置在-17000V，所述陰極發射面直徑為0.5mm至1mm，所述陰極外徑與陽極外徑的同心度在0.02mm以內。

進一步，所述行波管工作時，所述電子槍的設置參數包括：電子束射程為10mm至15mm，電子束的束腰半徑為0.04mm至0.08mm，電子束的電流為10mA至30mA。

進一步，所述磁聚焦系統采用周期永磁聚焦結構，磁場的周期性峰值為4000Gs至5000Gs，磁場的周期長度為7mm±1mm。