[發明專利]一種紡錘型慢波結構

有效

• 申請號: 202110330106.8
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113066709B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 鄧文凱;胡玉祿;高鸞鳳;王小兵;朱世龍;胡權;朱小芳;李斌;楊中海
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/24
• 分類號: H01J23/24
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于真空電子技術領域，涉及一種紡錘型慢波結構，適用于毫米波、太赫茲波段真空電子器件。本發明通過將矩形波導截面的寬邊由a線性漸變減少至a1，窄邊由b線性漸變減少至b1，形成一個紡錘體形狀的截面，以拓寬工作頻帶，改善色散特性，進而達到拓寬頻帶的目的。同時該結構在相同的工作頻段下具備較大的寬邊尺寸，而該寬邊尺寸直接影響器件的下截止頻率，以更大的寬邊尺寸實現相同的頻帶，從而有利于器件向太赫茲頻段發展。

技術領域

本發明屬于真空電子技術領域，涉及一種紡錘型慢波結構，適用于毫米波、太赫茲波段真空電子器件。

背景技術

行波管是真空電子器件家族中應用最為廣泛的一類器件，其具備大功率、高效率、寬頻帶等特點，廣泛應用于衛星通信、雷達探測等民用和軍用領域。慢波結構是行波管中電子注與高頻場發生相互作用的部件，是行波管的核心。目前常用的慢波結構有螺旋線、耦合腔、折疊波導等。

行波管的研究方向之一就是向越來越高的頻段發展，毫米波頻段(30-300GHz)和太赫茲頻段(300-3000GHz)已經成為當下的研究熱點。毫米波頻段具有抗干擾能力強、保密性好等優點，同時大氣窗口的存在使得毫米波成為了衛星和地面通信的主要頻段。太赫茲頻段具有強穿透性、低量子能量等特點，在超高速率通信、超高分辨率雷達系統中占據不可或缺的地位。

而對于太赫茲頻段，電磁波的工作波長極短，由于尺寸共渡效應，使得慢波結構尺寸極小。這導致設計太赫茲頻段的慢波結構需要在性能和尺寸上做出兼顧，而尺寸在加工上會受到極大制約。種種困難使得太赫茲行波管設計難度大，研制周期長。

目前用于毫米波和太赫茲波段的慢波結構主要有螺旋線和折疊波導。螺旋線具有寬頻帶、大功率的特點，但是受尺寸共渡效應的影響和其結構的復雜性，在高頻段下加工難度大大增加導致無法使用。折疊波導具備頻帶寬、功率容量大等特點，是目前最常用的高波段慢波結構。但是隨著通信系統對于容量的需求，需要尋找適合工作在毫米波與太赫茲波段的慢波結構，且具有工作頻帶寬的特點。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為了尋找性能優良的適合工作在毫米波與太赫茲波段的慢波結構，本發明提出了一種紡錘型慢波結構，為折疊波導，具有工作頻帶寬的特點；同時該結構相較于傳統的折疊波導結構在相同的工作頻段下具備更大的寬邊尺寸，而該寬邊尺寸直接影響器件的下截止頻率，以更大的寬邊尺寸實現相同的頻帶，從而有利于器件向太赫茲頻段發展。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種紡錘型慢波結構，為折疊波導，其截面為橫向漸變的紡錘型，以該截面形成四分之一圓弧弧形波導段-直波導段-四分之一圓弧弧形波導段的半周期結構，并以半周期結構的一個端面對稱形成一個周期，進而將多個周期結構以其端面依次互聯構成整個慢波結構；直波導段長度為h，半周期長度為p。

所述截面為橫向漸變的紡錘型，其平面形狀由2個相同的等腰梯形和居中的矩形相適應拼接構成；截面窄邊的長度b即矩形的寬等于等腰梯形的下底邊長度，矩形的兩條寬邊分別與2個等腰梯形的下底邊相適應拼接；截面寬邊的長度a等于矩形的長a1和2個等腰梯形的高之和；等腰梯形的上底邊長度為b1；截面寬邊由a線性漸變減少至a1，0a1a/2；截面窄邊由b線性漸變減少至b1，其漸變范圍為0b1b/2；截面通過寬邊和窄邊向其各自中點方向從矩形漸變形成一個紡錘體形狀。

該慢波結構作為帶狀注真空電子器件，其帶狀電子注通道設置于半周期結構的直波導段中心位置；帶狀電子注通道的截面為矩形，其寬邊e與橫向漸變波導結構的寬邊a平行，窄邊w與橫向漸變波導結構的窄邊b平行，且其高度方向與直波導段的接觸面垂直，e≤a1,e＞w，h＞w。

在整個慢波結構中：半周期結構經對稱以及相鄰周期結構的依次互聯后，相鄰帶狀電子注通道相適應的連通，且處于同一水平線上。