[發明專利]適用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合輸出結構

在審

• 申請號: 202010839629.0
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111987402A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李宏福
• 申請（專利權）人: 成都航天智向安防科技有限公司
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

本發明提供了一種適用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合輸出結構，其構成包括方波導?圓波導過渡段，半徑漸變增大過渡段和封接窗。其中方波導?圓波導過渡的形式可以采用直線也可以采用曲線，封接窗3的窗片可以采用藍寶石、金剛石或石英片等介質材料，介質窗片厚度為微波在材料傳導波長的二分之一波長的整數倍。與傳統的EIO輸出結構相比，本發明所提供的小型化大功率耦合輸出結構在整個工作頻帶內都具有更高的傳輸效率，從而可以進一步提高EIO的輸出功率。同時，這種小型化大功率耦合輸出結構能夠實現輸出端口較大的功率容量，能夠進一步滿足裝備系統對該類器件在功率容量、小型化等方面的要求，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及大功率毫米波擴展互作用器件，更為具體地說，是涉及一種適用于毫米波EIO微波源的耦合輸出結構。

背景技術

擴展互作用振蕩器(英文名EIO，Extended Interaction Oscillator的縮寫)是一種重要的小型化電真空微波輻射源，如圖1所示，它采用了速調管的諧振腔和行波管的慢波線，結合了兩者的優點，形成獨特的耦合腔鏈慢波線，電子注的調制在慢波系統上進行，具有較高的互作用效率。EIO可以有效地工作在毫米波乃至頻率更高的太赫茲波段，具有結構緊湊、體積小、重量輕、功率高等特點，輸出功率比毫米波行波管顯著提高，與回旋管相比，EIO不需要超導磁體，啟動速度快，體積和重量方面優勢明顯。擴展互作用器件在毫米波及以上波段擁有很大發展潛力，在氣象觀測、衛星通信、雷達等方面都有重要應用。EIO目前正在向高頻率、高功率和小型化的方向發展，進一步采用先進的微細加工技術和陰極技術的EIO源，有希望發展成為一類重要的低頻段太赫茲器件。

耦合輸出結構作為EIO源的重要部件，具有真空密封、輸出功率和匹配外部結構的作用。EIO源工作頻率和輸出功率的提高對耦合輸出結構的功率容量和傳輸性能提出了更高的要求，目前在EIO器件發展和應用過程面臨的關鍵問題之一是在高功率發展趨勢下耦合輸出結構的設計問題。

傳統的EIO輸出結構，其立體結構如圖2所示。該結構由具有金屬壁的輸出過渡結構1、標準矩形波導段2、盒型窗3組成。其中，所述的輸出過渡結構1的作用是實現EIO耦合孔與標準波導段2的阻抗匹配，一般采用直線漸變結構。盒型窗3的作用是實現真空器件與大氣的隔離，一般采用矩形波導-圓波導-窗片-圓波導-矩形波導的對稱結構。

傳統的EIO輸出結構一般采用標準矩形波導通過盒型窗耦合輸出，各部分結構分別如圖3、圖4、圖5所示。其中，輸出過渡結構1的長度為L1，EIO耦合孔的橫截面寬度為a1，高度為b1，輸出過渡結構1的輸出端口橫截面寬度為a2，高度為b2；標準矩形波導段2的橫截面寬度為a2，高度為b2，長度為L2；盒型窗3的矩形波導段長度為L3，橫截面寬度為a2，高度為b2，圓波導段長度為L4，橫截面半徑為R，并滿足R＝((1/2a2)²+(1/2b2)²)^1/2，窗片厚度為L5，橫截面直徑為R。總長度為LL＝L1+L2+2*L3+2*L4+L5。

傳統的輸出結構具有結構簡單、頻帶寬等特點，是電真空系統常用的輸出結構，在擴展互作用振蕩管和速調管、行波管等真空電子領域已具有較好的應用。但是，這種耦合輸出結構存在輸出口功率容量小、輸出窗反射較大等缺點，從而限制了其應用發展。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種適用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合輸出結構，以克服現有技術的EIO微波源耦合輸出結構存在的輸出口功率容量小、輸出窗反射大，適用范圍受限的等不足。

本發明提供的適用于毫米波EIO微波源的小型化大功率耦合輸出結構，其構成包括由EIO輸出端口的方波導漸變過渡到圓波導的方波導-圓波導過渡段，半徑漸變增大圓波導段和封接窗，所述半徑漸變增大圓波導段由一條回轉母線回轉一周形成。