[實用新型]一種多次提取式TM10;1;0模同軸耦合腔輸出電路

有效

• 申請號: 201920307431.0
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN209843923U
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 肖宇杰;林福民
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 林麗明

本實用新型提出了一種多次提取式TM10,1,0模同軸耦合腔輸出電路，通過兩個隔斷耦合的TM10,1,0模同軸耦合腔分別提取電子注的能量，將能量轉換為電磁波后，分別通過矩形耦合孔和模式轉換腔耦合至沿軸向的輸出圓波導中，并通過調整同軸耦合腔之間的距離和輸出圓波導的波導波長，實現輸出電磁波的同相疊加。每個同軸耦合腔都包含5個工作在TM10,1,0模的同軸諧振腔，共放置10個對工作頻段電磁波截止的電子注通道，每個電子注通道中都可以通過一個或多個電子注，即至少可以容納10個電子注，從而提高器件的功率和效率，也降低了電子注的電流密度。

技術領域

本實用新型涉及電真空微波器件領域，更具體地，涉及一種多次提取式 TM10,1,0模同軸耦合腔輸出電路。

背景技術

擴展互作用器件是可在毫米波甚至太赫茲波段上實現大功率輸出的新型真空電子器件，主要包括了擴展互作用速調管(EIK)和擴展互作用振蕩器(EIO) 兩種。輸出電路是擴展互作用器件的重要組成部分，其由多間隙耦合腔，也稱擴展互作用諧振腔，和輸出結構組成。多間隙耦合腔由多個單獨的諧振腔通過耦合結構連接在一起，電子注通道穿過所有諧振腔，為電子提供通道，并且與各個諧振腔形成互作用間隙，因此這種結構成為多間隙耦合腔。電子注通道對電磁場處于截止狀態，電磁場基本上集中在間隙內，所以電子注與多間隙耦合腔的相互作用也是基本上集中在間隙內。電子注在注通道內穿過整個多間隙耦合腔，同時與所有互作用間隙的高頻電磁場發生能量交換，也稱為互作用，將自身的動能轉化為電磁場的能量，然后通過輸出結構，將電磁能量輸送到外部負載上，最終實現電子注能量的提取。由于電子注與電磁場的相互作用分布在多個間隙內，因此多間隙耦合腔又稱為分布作用腔或擴展互作用腔?？梢婑詈锨惠敵鲭娐肥请娮拥哪芰哭D化為電磁波能量的重要場所，決定了整個擴展互作用器件的輸出功率、效率和帶寬等關鍵性能。

擴展互作用器件在毫米波段具有較高的效率和功率，但是當頻率提高到太赫茲(THz)波段，隨著頻率上升，器件內部結構的尺寸將逐漸縮小，注波互作用距離的縮短和強電場擊穿閾值限制了注波換能效率和輸出功率水平的提高，同時也使其制造工藝難度大增。為了跨越電子學“縮尺效應”的障礙，使擴展互作用器件在THz波段有較高的效率和功率，必須設計合適的耦合腔輸出電路結構。

目前的大部分的擴展互作用器件主要工作在基模即諧振頻率最低的諧振模式，如殷勇等人提出的“一種低電壓擴展互作用慢波器件”，電子注集中在腔體中心，隨著工作頻率的提高到太赫茲(THz)波段，耦合腔的橫向尺寸和互作用間隙逐漸縮小，電子注通道的直徑也隨之變得十分細小才能切斷電磁波在通道內的傳播，過于細小的電子注通道會影響電子的通過率，從而嚴重影響器件的效率和壽命。在電子注通道直徑大小合理的情況下，只能加大電子注的電流來提高輸出功率和效率，這樣大大增加了電子注的電流密度，導致電子槍的陰極負載極高，也嚴重縮短了器件的壽命。目前高電流密度且長壽命的電子槍陰極還不成熟，難以產生高電流密度且小直徑的電子注，因此電子注的電流并不能無限制地增大。

此外，目前的傳統的擴展互作用輸出電路采用單級設計，即僅用一個耦合腔提取電子注的能量，其輸出功率的提高隨著耦合腔包含的間隙數量增加而逐漸飽和。此外，由于多間隙耦合腔引入了縱向諧振模式，縱向模式的數量與間隙數量相同，模式的數量越多，模式之間的頻率間隔越窄，因此增加間隙數量會增加模式競爭的風險，導致器件不穩定，因此采用單個耦合腔的單級輸出電路難以有效提高輸出功率和效率?？偟膩碚f，傳統的耦合腔輸出電路在太赫茲頻段存在橫向尺寸小，需要很高電流密度的電子注，輸出功率小，效率低的缺點。

實用新型內容

本實用新型提供一種多次提取式TM10,1,0模同軸耦合腔輸出電路，將擴展互作用器件的工作頻率從毫米波段拓展至太赫茲波段，克服傳統耦合腔輸出腔的橫向尺寸太小，要求電子注的電流密度很高，注波換能效率太低等困難，有效提高器件的功率和效率。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案如下：