[發(fā)明專利]一種用于帶狀注交錯(cuò)柵行波管的輸能耦合結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011617552.9
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN112820610A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張長(zhǎng)青;蔡軍;潘攀;馮進(jìn)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十二研究所
• 主分類號(hào): H01J23/36
• 分類號(hào): H01J23/36;H01J25/42
• 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(fā)明涉及一種用于交錯(cuò)柵行波管的輸能耦合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括三分支波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)，包括沿電子注行進(jìn)方向設(shè)置的第一分支和第二分支以及用于微波傳輸?shù)牡谌种В缓驮诘谌种Р▽?dǎo)中沿波導(dǎo)高度方向設(shè)置的至少一個(gè)脊加載，其中各分支波導(dǎo)具有相同高度，所述脊加載的高度為波導(dǎo)高度的10?30％。通過在三分波導(dǎo)交匯區(qū)域設(shè)置脊加載，提供了一種軸向長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)緊湊、性能滿足設(shè)計(jì)要求的用于帶狀注交錯(cuò)柵行波管的H面輸能耦合結(jié)構(gòu)。在不使用復(fù)雜過渡結(jié)構(gòu)的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)匹配、反射和隔離的良好特性，解決現(xiàn)有耦合結(jié)構(gòu)不能同時(shí)滿足H面引出、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、性能優(yōu)異的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波真空電子器件領(lǐng)域，具體涉及毫米波/太赫茲帶狀注行波管。

背景技術(shù)

毫米波/太赫茲技術(shù)在未來通訊、成像、雷達(dá)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用價(jià)值。目前制約其發(fā)展的主要障礙是缺乏結(jié)構(gòu)緊湊、功率水平適中的寬帶相干輻射源。行波管是一種真空電子器件，可實(shí)現(xiàn)毫米波/太赫茲信號(hào)的產(chǎn)生或放大。相比于其它類型的器件，行波管是目前少數(shù)在毫米波及太赫茲頻段同時(shí)具備寬頻帶、高增益、大功率能力、且結(jié)構(gòu)緊湊的器件之一。傳統(tǒng)體制的行波管器件受限于尺寸共渡效應(yīng)——隨著頻率升高，輸出功率隨頻率的平方減小，極大限制了行波管工作在高頻率段的能力。帶狀電子注技術(shù)是克服這一難題的有效技術(shù)途徑，目前是太赫茲真空電子器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

交錯(cuò)柵慢波結(jié)構(gòu)是一種適用于帶狀電子注行波管高頻系統(tǒng)的全金屬慢波結(jié)構(gòu)，具有功率容量大和寬頻帶的優(yōu)勢(shì)。盡管交錯(cuò)柵慢波結(jié)構(gòu)的固有性能優(yōu)異，特別是具備寬頻帶放大能力，其相對(duì)帶寬理論上可以達(dá)到30％。常規(guī)的帶狀注交錯(cuò)柵行波管的慢波結(jié)構(gòu)如圖1所示，矩形波導(dǎo)1中設(shè)置有交錯(cuò)柵結(jié)構(gòu)2以及在柵結(jié)構(gòu)端面間形成的帶狀電子注通道3。由于這種慢波結(jié)構(gòu)的電磁波傳輸路徑與電子注傳輸路徑無法自然分離，因此在實(shí)際器件中必須精心設(shè)計(jì)輸入和輸出耦合結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波信號(hào)的有效饋入和提取。

現(xiàn)有技術(shù)中常用的輸能耦合系統(tǒng)為H面耦合系統(tǒng)，如圖2所示，引入/引出波導(dǎo)的設(shè)置方向與磁場(chǎng)系統(tǒng)平面平行，且從上下兩磁場(chǎng)平面中間引出，輸能耦合結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)系統(tǒng)互不影響。然而，H面耦合結(jié)構(gòu)需要極為復(fù)雜的過渡設(shè)計(jì)，包括慢波結(jié)構(gòu)側(cè)的端部漸變?cè)O(shè)計(jì)、輸能波導(dǎo)側(cè)的匹配設(shè)計(jì)以及電子槍側(cè)的隔離器設(shè)計(jì)。最終，滿足性能要求的輸能耦合系統(tǒng)往往長(zhǎng)度過大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

由于帶狀電子注傳輸特性復(fù)雜、難以穩(wěn)定的長(zhǎng)距離傳輸，因此帶狀注行波管設(shè)計(jì)希望行波管在電子注行進(jìn)的軸向方向盡可能短，以最大限度減小電子注截獲。因而，過長(zhǎng)的耦合系統(tǒng)是不希望的。這也是目前帶狀注行波管研制中，研究人員一直在致力于解決的關(guān)鍵問題之一。此外，過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會(huì)帶來加工實(shí)現(xiàn)上的困難。特別是在太赫茲頻段，電性能設(shè)計(jì)上的最佳尺寸在實(shí)際加工中往往難以嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)的性能難以達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。因而，從加工工藝和性能的實(shí)現(xiàn)方面講，耦合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也需要盡可能簡(jiǎn)單。

因此，需要提供一種長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)緊湊、性能滿足實(shí)用要求的帶狀注交錯(cuò)柵行波管輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于交錯(cuò)柵行波管的輸能耦合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括

三分支波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)，包括沿電子注行進(jìn)方向設(shè)置的第一分支波導(dǎo)和第二分支波導(dǎo)以及用于微波傳輸?shù)牡谌种Р▽?dǎo)；和

在第三分支波導(dǎo)中沿波導(dǎo)高度方向設(shè)置的至少一個(gè)脊加載，

其中，各分支波導(dǎo)具有相同高度，所述脊加載的高度為波導(dǎo)高度的10-30％。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)脊加載靠近三分支波導(dǎo)交匯區(qū)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)脊加載關(guān)于第三分支波導(dǎo)寬度中心線對(duì)稱設(shè)置。

優(yōu)選地，該耦合結(jié)構(gòu)為行波管輸入耦合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在行波管電子槍側(cè)分支設(shè)置的反射器。

優(yōu)選地，該耦合結(jié)構(gòu)為行波管輸出耦合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在行波管收集極側(cè)分支設(shè)置的反射器。