[發明專利]一種基于矩形波導的外掛式冷陰極放大器

有效

• 申請號: 202210401251.5
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114823253B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 袁學松;薛欽文;俎一帆;鄢揚;王彬;蒙林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/36
• 分類號: H01J23/36;H01J23/04;H01J23/34
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于微波、毫米波、太赫茲波段的真空電子器件領域，具體提供一種基于矩形波導的外掛式冷陰極放大器，用以解決現有技術頻帶擴展、功率合成、信號放大、抗干擾、集成化等問題。本發明包括：矩形波導1、耦合過渡2、高頻外掛裝置3；其中，高頻外掛裝置3通過耦合結構2固定于矩形波導1的窄邊側面上；通過設置于矩形波導的高頻外掛裝置，實現了注波分離，高頻外掛裝置內產生的駐波場耦合傳輸到矩形波導中與輸入信號疊加，進而實現信號放大；對多個高頻外掛裝置的陰極施加不同電壓，可實現在輸入信號范圍內的拓展，級聯多個單元可大大提高輸出功率；為電子對抗、空間通信等領域的應用提供了性能優良的真空器件。

技術領域

本發明屬于微波、毫米波、太赫茲波段，涉及真空電子器件領域，具體提供了一種基于矩形波導的外掛式冷陰極放大器，實現了注波分離，通過單個或多個高頻外掛裝置或者級聯器件單元可實現帶寬拓展以及功率提升。

背景技術

真空電子器件在國民經濟和國防裝備中發揮著極其重要的作用，廣泛應用于雷達、通信、醫學成像等領域。自上個世紀末開始，半導體產業和集成電路技術的迅猛發展，真空電子器件在相當大的電子信息領域逐漸失去了主導地位，并且正在承受著固態電子器件發展的沖擊；但是，新型半導體器件仍然不是很成熟，目前所發展的固態功率器件在能量效率、工作頻率、最大輸出功率、可靠性方面仍存在著很大的弊端和局限性。因此，真空電子器件在航天航空、軍事裝備等尖端科學技術領域仍是不可或缺的核心器件，并被廣泛應用且還在不斷地更新和發展。

隨著微波、毫米波、及太赫茲頻段真空輻射源在各個領域的不斷發展，對輸出功率、效率要求不斷地提高；在高頻率高功率寬頻帶的極限要求之下，尤其是在軍事設備、航空航天等領域，要求真空電子器件具有體積小、重量輕、功率大、壽命長等優勢。與傳統的熱發射陰極相比，場致發射冷陰極具有其固有的優勢，如：功耗低、可溫室工作、響應速度快、電流密度大、尺寸小、效率高等等，這些優點是的場致發射冷陰極有望成為新一代高功率輻射源器件的發射源。

然而，現有的微波、毫米波、太赫茲等波段輻射源技術仍然存在諸多問題：1)對于單級放大器而言，可以實現功率的放大和較寬的頻帶，但是目前高頻段放大器，輸出功率水平有待提高，輸出帶寬較窄且固定；2)對于器件裝置，電子注與高頻場在同一個通道內進行互作用并傳輸，信號能量反射大并且容易損壞信號輸出窗，不利于收集廢氣電子；另外需要單獨設計電子光學系統、高頻結構、收集極等，使得整個器件裝置體積大，不易于集成；3)由于真空器件工作在高頻波段，注波互作用的復雜結構將會導致機械加工難度大和精度低的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題提出了一種基于矩形波導的外掛式冷陰極放大器，可實現多腔調頻以及軸向級聯，能夠有效的解決頻帶擴展、功率合成、信號放大、抗干擾、集成化等問題。本發明通過耦合結構于矩形波導窄邊側面上設置高頻外掛裝置，實現了注波分離，高頻外掛裝置內產生的駐波場耦合傳輸到矩形波導中與輸入信號疊加，進而實現信號放大；對兩邊高頻外掛裝置的陰極施加不同電壓，根據注波色散特性的原理，可實現在輸入信號范圍內的拓展；級聯多個本發明單元可大大提高輸出功率。另外，本發明利用冷陰極場致發射電子流，功耗低、不受溫度影響的優點，使得注波互作用效率提高；并且結構緊湊，易于集成與加工，為電子對抗、空間通信等領域的應用提供了性能優良的真空器件。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于矩形波導的外掛式冷陰極放大器，包括：矩形波導1、耦合過渡2、高頻外掛裝置3；其中，高頻外掛裝置3通過耦合結構2固定于矩形波導1的側面上、且對稱分布；