[發明專利]一種行波管混合慢波系統及其設計方法

有效

• 申請號: 201911311316.1
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111063594B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 瞿波;郭晨;胡明輝
• 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: H01J23/24
• 分類號: H01J23/24;H01J23/26;H01J25/34
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

本發明涉及一種行波管混合慢波系統。該慢波系統包括輸入側螺旋線慢波結構和輸出側折疊波導慢波結構，所述螺旋線慢波結構通過內導體波導轉換結構與所述折疊波導慢波結構耦合。本發明充分利用螺旋線慢波線良好的帶寬、傳輸特性和折疊波導慢波線的功率容量大、散熱性能好的特點，設計出傳輸匹配特性好、輸出功率大的行波管，滿足了行波管放大器件小型化、緊湊型和一體化要求，同時實現了更大的功率容量和更好的散熱特性。

技術領域

本發明涉及微波真空電子技術領域。更具體地，涉及一種毫米波段的適用于毫米波空間行波管的行波管混合慢波系統及其設計方法。

背景技術

面對Ku以下波段頻譜資源日趨緊張，微波器件向更高頻率擴展是當今微波技術發展的必然方向，以毫米波(30GHz-300GHz)作為傳輸信息載體進行通信將成為今后空間微波器件應用的主要波段，目前絕大多毫米波器件應用研究主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz及220GHz五個“大氣窗口”和60GHz、120GHz及180GHz三個“衰減峰”上，在這些特殊頻段附近，“大氣窗口”頻段毫米波受到大氣衰減影響較小，適用于地空點對點通信，帶寬范圍極廣，數據傳輸速率極快；而在“衰減峰”附近大氣衰減出現極大值，這些頻段通常被軍事網絡或星間衛星通信系統優先選用，安全保密性能高，電子對抗性強。

行波管作為微波放大器廣泛應用于雷達、通訊、電子戰等電子裝備中。行波管作為一種重要的真空電子器件，主要包括五個關鍵部件，分別是電子槍組件、高頻慢波系統、磁聚焦系統、收集極以及輸能裝置。行波管工作原理是利用電子槍陰極發射出來的電子注與電磁場發生互作用，電子注產生群聚現象并進行能量交換，將一部分電子能量轉化成微波能量進行輸出，實現信號放大功能。在螺旋線行波管具有寬頻帶、高效率、高增益等優勢。例如，現有技術通常采用螺旋線相速漸變結構來提高耦合效率進而實現行波管的大功率輸出。但是，螺旋線行波管也存在功率容量小、損耗大、散熱性能差的不足。隨著使用微波器件的電子裝備向著大功率、高效率和小型化的發展，如何降低微波器件的損耗、提高增益和效率和改善散熱性能，成為微波器件研發中需要解決的首要問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頻帶寬、傳輸特性好、功率容量大且散熱性能好的行波管慢波結構。

根據本發明的一個方面，提供一種行波管混合慢波系統，該慢波系統包括輸入側螺旋線慢波結構和輸出側折疊波導慢波結構，所述螺旋線慢波結構通過內導體波導轉換結構與所述折疊波導慢波結構耦合。

優選地，螺旋線慢波結構的輸入端用作慢波結構的輸入端，輸出端與所述內導體波導轉換結構的內導體端連接；折疊波導慢波結構的輸入端與所述內導體波導轉換結構的波導端耦合，輸出端用作混合慢波結構的輸出端。

優選地，所述內導體波導轉換結構包括與所述螺旋線連接的金屬內導體和位于波導腔內與金屬內導體連接的階梯漸變匹配金屬塊。

優選地，所述內導體波導轉換結構的駐波比為1.1-1.5。

優選地，所述內導體波導轉換結構大體垂直于慢波結構軸向設置，高度為4-15mm。

優選地，該慢波系統進一步包括設置在螺旋線第一端和第二端之間的切斷，位于切斷至少一側的衰減器。

優選地，該慢波系統包括與內導體波導轉換結構對應的電子注通道結構，螺旋線慢波結構的電子注通道直徑小于等于電子注通道結構的電子注通道直徑小于等于折疊波導慢波結構的電子注通道直徑，小于螺旋線慢波結構的管殼直徑。

根據本發明的另一方面，提供一種行波管，該行波管包括電子槍、磁聚焦系統和收集極，以及如上所述的行波管慢波系統。

優選地，所述行波管是毫米波行波管，工作頻段為30-50GHz。

根據本發明的再一方面，提供一種根據如上所述行波管混合慢波系統的設計方法，該方法包括：