[發明專利]一種矩形螺旋槽加載的慢波結構

有效

• 申請號: 201910059148.5
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109786190B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 蘇志成;路志剛;葛衛華;溫瑞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/26
• 分類號: H01J23/26
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種矩形螺旋槽加載的慢波結構，包括帶狀電子注通道，沿前后方向螺旋轉折的波導具有N個周期的轉折波導；所述任意一個周期內的轉折波導包括下矩形波導腔、右側斜波導腔、上矩形波導腔、左側斜波導腔；其中，下矩形波導腔、右側斜波導腔、上矩形波導腔、左側面的左側斜波導腔依次連通，且在兩個相連通的波導腔之間形成90°轉折；同一個周期內的下矩形波導腔和上矩形波導腔沿前后方向進行錯位設置；右側斜波導腔將本周期內的下矩形波導腔的右端部與本周期內的上矩形波導腔的右端部連通，左側斜波導腔將本周期內的上矩形波導腔的左端部與下一周期內的下矩形波導腔的左端部連通。

技術領域

本發明涉及真空電子器件技術領域，具體涉及一種矩形螺旋槽加載的慢波結構。

背景技術

太赫茲科學技術由于其在高分辨率成像、診斷系統、高數據速率通信和空間應用中的潛在應用價值，一直是最有吸引力和前景的課題之一。大功率輻射源是太赫茲科學體系中最重要的研究領域之一。真空電子器件是一類利用高能電子注與電磁波信號相互作用后將電子注動能轉化為微波能量的功率放大器。因此真空電子器件可以有效地產生大功率輻射并應用于太赫茲領域。在所有的真空電子器件中，行波管以其寬頻帶和高功率被證明是最重要的輻射源之一。慢波結構作為行波管中實現注波互作用的核心部件，在很大程度上決定著設備的性能。傳統的螺旋線和耦合腔慢波結構在兼顧功率與帶寬時都遇到了嚴重的障礙，螺旋線結構雖然有倍頻程以上的帶寬，但因其散熱能力差、熱容量小而只能提供有限的輸出功率；耦合腔行波管熱容量較高，可其帶寬比較窄。另一個對發展造成障礙的重要原因是尺寸。隨著工作波長的減小，行波管的尺寸也越來越小。而當行波管向太赫茲方向發展時，要求螺旋線和耦合腔結構尺寸非常小，不易加工和裝配，大大增加了進一步發展的難度。

為了解決太赫茲行波管發展的關鍵問題，設計一種在太赫茲波段易加工、散熱好、寬帶較寬、耦合阻抗高的新型慢波結構很有必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種矩形螺旋槽加載的慢波結構，該結構能在在太赫茲波段易加工、散熱好、寬帶較寬、耦合阻抗高。

本發明的具體技術方案為：

一種矩形螺旋槽加載的慢波結構，

包括沿前后方向延伸的矩形體式的帶狀電子注通道，還包括一個沿前后方向螺旋轉折的波導，沿前后方向螺旋轉折的波導具有N個周期的轉折波導；

所述任意一個周期內的轉折波導包括設置在帶狀電子注通道下側面的下矩形波導腔、設置在帶狀電子注通道右側面的右側斜波導腔，設置在帶狀電子注通道上側面的上矩形波導腔，設置在帶狀電子注通道左側面的左側斜波導腔；

其中，下矩形波導腔、右側斜波導腔、上矩形波導腔、左側斜波導腔依次連通，且在兩個相連通的波導腔之間形成90°轉折；

同一個周期內的下矩形波導腔和上矩形波導腔沿前后方向進行錯位設置；右側斜波導腔將本周期內的下矩形波導腔的右端部與本周期內的上矩形波導腔的右端部連通，左側斜波導腔將本周期內的上矩形波導腔的左端部與下一周期內的下矩形波導腔的左端部連通；且，同一周期內的上矩形波導腔、下矩形波導腔、左側斜波導腔、右側斜波導腔各自面向帶狀電子注通道的一面分別與帶狀電子注通道對應的一側連通。

本發明在普通耦合腔慢波結構的基礎上，借鑒螺旋線慢波結構的幾何特點，創新地提出了一種新型螺旋式開槽的矩形波導慢波結構。該結構從單個周期來看，其包括帶狀電子注通道，以及環繞在帶狀電子注通道四周的4個矩形波導（槽），其中左側斜波導腔、右側斜波導腔還具有傾斜角度，同時下矩形波導腔和上矩形波導腔沿前后方向進行錯位設置，使得其連續連通時形成一個螺旋前進的轉折波導，并關于帶狀電子注通道中心旋轉對稱。它的中心工作頻點在0.22THz，不僅具有耦合腔慢波結構的高交互阻抗特性，而且比耦合腔慢波結構的帶寬更寬。還波導是無介質支撐的封閉結構。這種新型結構的顯著優點是在太赫茲波段易于制造，且具有散熱性強、功率大、工作電壓較低等特點。