[發(fā)明專利]一種超材料輻射源的信號(hào)輸出裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110708651.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN113363692B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐先鋒;李相強(qiáng);張健穹;王慶峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P5/12
• 分類號(hào): H01P5/12;H01P7/00
• 代理公司: 北京正華智誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

本發(fā)明公開了超材料輻射源的信號(hào)輸出裝置，其特征在于，包括同軸接口、超材料過渡結(jié)構(gòu)、方形波導(dǎo)和若干個(gè)超材料諧振單元；所述方形波導(dǎo)為一具有空腔的棱柱，其同一長(zhǎng)度方向的側(cè)面開有兩個(gè)用于插入同軸接口的安裝孔；每個(gè)超材料過渡結(jié)構(gòu)分別與同軸接口和超材料諧振單元連接；所述超材料過渡結(jié)構(gòu)和超材料諧振單元都位于方形波導(dǎo)的空腔內(nèi)部；所述超材料過渡結(jié)構(gòu)分別連接同軸接口和超材料諧振單元；所述超材料過渡結(jié)構(gòu)和超材料諧振單元都位于方形波導(dǎo)的空腔內(nèi)部。超材料諧振單元為呈“囯”形的鏤空結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)合特殊的超材料諧振單元的特殊結(jié)構(gòu)以及同軸輸出結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高功率輸出和小型化的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空電子器件領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料輻射源的信號(hào)輸出裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著超材料輻射源的物理機(jī)理即反向切倫科夫輻射得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，超材料輻射源這種新型器件逐漸成為真空電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超材料的亞波長(zhǎng)特性使之具有小型化特點(diǎn)；超材料的高耦合阻抗特性使之具有高功率的優(yōu)勢(shì)。

在機(jī)載雷達(dá)、深空探測(cè)和星際鏈路通信等領(lǐng)域，人們既期望微波源擁有高功率的特性，可以保證雷達(dá)的探測(cè)距離和通信信號(hào)的傳輸距離；又期望微波源擁有更小的體積和更輕的重量，以便更容易與微波功率模塊集成和保證更低的發(fā)射和運(yùn)行成本。前者的典型代表是真空微波源，但其龐大笨重；后者的典型代表是固態(tài)微波源，但不具備高功率特性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種超材料輻射源的信號(hào)輸出裝置同時(shí)具備小型化以及高功率的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種超材料輻射源的信號(hào)輸出裝置，其包括同軸接口、超材料過渡結(jié)構(gòu)、方形波導(dǎo)和若干個(gè)超材料諧振單元；方形波導(dǎo)為一具有空腔的棱柱，其同一長(zhǎng)度方向的側(cè)面開有兩個(gè)用于插入同軸接口的安裝孔；每個(gè)超材料過渡結(jié)構(gòu)分別與同軸接口和超材料諧振單元連接；超材料過渡結(jié)構(gòu)和超材料諧振單元都位于方形波導(dǎo)的空腔內(nèi)部。

超材料過渡結(jié)構(gòu)包括匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和超材料諧振單元；匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)為一個(gè)條形柱體，同軸接口與匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的側(cè)面固定連接，匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)固定于超材料諧振單元表面，方形波導(dǎo)的棱柱底面開有一個(gè)矩形孔。

根據(jù)微波理論，信號(hào)在兩個(gè)端口之間暢通無阻的傳輸，需要兩個(gè)端口之間的阻抗保持一致或滿足阻抗匹配理論。本方案中，同軸接口的阻抗與超材料的阻抗不一致，因此本方案基于阻抗匹配理論，在同軸接口和超材料諧振單元之間設(shè)置了超材料過渡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)同軸接口之間的良好匹配。

本發(fā)明的有益效果為：電子注通過矩形孔進(jìn)入方形波導(dǎo)內(nèi)部空腔，與若干超材料諧振單元相互作用產(chǎn)生高功率信號(hào)，超材料過渡結(jié)構(gòu)和超諧振單元所具有的特殊結(jié)構(gòu)能夠使信號(hào)在本裝置內(nèi)部暢通無阻的傳輸。

進(jìn)一步的，同軸接口包括同軸接頭和同軸內(nèi)徑探針；同軸接頭為空心管；同軸內(nèi)徑探針的長(zhǎng)度大于同軸接頭的長(zhǎng)度，同軸內(nèi)徑探針的直徑小于同軸接頭內(nèi)圓直徑；同軸接頭內(nèi)部與同軸內(nèi)徑探針之間設(shè)置有同軸介質(zhì)。

靠近矩形孔的同軸接口主要用于輸出高功率信號(hào)，遠(yuǎn)離矩形孔的同軸接口主要用于觀測(cè)反射信號(hào)。同軸結(jié)構(gòu)波導(dǎo)相比于標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)具有尺寸較小的優(yōu)點(diǎn)，而且同軸波導(dǎo)在傳輸信號(hào)時(shí)輻射損耗很小，進(jìn)一步提升了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

進(jìn)一步的，超材料諧振單元為呈“囯”形的鏤空結(jié)構(gòu)。若干超材料諧振單元和匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是由一塊條形板一體化加工成型的。

進(jìn)一步的，匹配補(bǔ)償結(jié)構(gòu)側(cè)面設(shè)有用于同軸內(nèi)徑探針的凹槽。方形波導(dǎo)內(nèi)部空腔的截面設(shè)置有固定若干個(gè)超材料諧振單元的卡槽。方形波導(dǎo)內(nèi)部截面的長(zhǎng)和寬的長(zhǎng)度為電磁波的工作波長(zhǎng)度λ的1/10-1/5。

對(duì)于頻率在2.7GHz-3.3GHz之間的信號(hào)，如果不在方形波導(dǎo)內(nèi)部設(shè)置超材料諧振單元的情況下，方形波導(dǎo)無法獨(dú)立傳輸上述頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。

附圖說明