一种曲折波导慢波线.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102915898 A (43)申请公布日 2013.02.06 C N 1 0 2 9 1 5 8 9 8 A *CN102915898A* (21)申请号 201210411645.5 (22)申请日 2012.10.25 H01J 23/24(2006.01) (71)申请人电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区(西区)西 源大道2006号 (72)发明人侯艳 宫玉彬 王少萌 徐进 魏彦玉 (74)专利代理机构成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人温利平 (54) 发明名称 一种曲折波导慢波线 (57) 摘要 本发明公开了一种曲折。

2、波导慢波线,包括曲 折波导以及多片金属脊片和金属翼片,曲折波导 由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波 导首尾连接而成;在直波导内壁沿宽边方向都各 加载有一片一定厚度的金属脊片,沿窄边内壁方 向都各加载有一片一定厚度的金属翼片。在直波 导宽边内壁和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称 线的位置处开有圆形通孔,相邻两个曲折单元的 直波导的圆形通孔之间,采用与圆形通孔孔径尺 寸相同的金属管连接,形成电子注通道。通过测 试,在相同的结构尺寸下,本发明曲折波导慢波线 的色散曲线更平坦,能工作在更宽的频带范围,工 作频带更宽,同时,耦合阻抗也得到了提高。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页。

3、 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种曲折波导慢波线,包括: 一曲折波导,该曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接 而成,该曲折波导等同于由矩形波导沿电场面周期性弯曲成U型曲折线或直角型曲折线的 曲折波导结构; 多片金属脊片,在每个直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊片; 在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔,相邻两 个直波导的圆形通孔之间,采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金数管连接,形成电子注通道; 金属脊片宽度w 1 、厚度。

4、d 1 、高度h 1 满足: 2r 0 a/2-r 0 。 权 利 要 求 书CN 102915898 A 1/4页 3 一种曲折波导慢波线 技术领域 0001 本发明属于微波真空电子器件技术领域,更为具体地讲,涉及行波管的注-波互 作用器件:一种曲折波长慢波线。 背景技术 0002 行波管作为微波频段应用最为广泛的电真空器件,在毫米波雷达、通信、微波遥 感、辐射测量等众多领域具有突出的应用地位。而慢波结构(慢波线)则是行波管注-波互 作用的核心部件,其性能优劣直接决定了行波管的技术水平。 0003 目前,行波管在输出功率和工作带宽上存在严重的矛盾。螺旋慢波线及其变形类 慢波线行波管具有很宽的。

5、带宽,但输出功率受散热条件限制而相对较小;而耦合腔和梯形 线,这类行波管由于是全金属结构,功率容量一般可比螺旋慢波线类行波管高一个数量级 以上,但是由于带边震荡的影响,其带宽十分窄。并且随着工作频率的升高,特别是在短毫 米波段甚至是太赫兹波段,器件的尺寸将变得很小,传统的螺旋慢波线和耦合腔行波管将 难以加工,螺旋慢波线行波管目前也只能工作在60GHz以下,而耦合腔行波管的精密加工 以及装配都面临着巨大的困难和挑战。因此,开展既具有大的功率容量,又具有更宽的工作 带宽的新型慢波线的研究就显得非常重要。 0004 曲折波导慢波线,是一类新型全金属慢波线,该慢波线在实现大功率容量的同时, 具有良好的。

6、带宽性能,并且具有机械强度高、散热好、功率容量大、加工比较容易以及输入 输出耦合结构相对简单等优点。同时,由于可以采用微细加工技术来制造,使得以曲折波导 慢波结构为核心的微型曲折波导行波管在毫米波段很有潜力成为一种大功率的小型辐射 源。在宽带毫米波通讯等领域具有很好的应用前景。但是,由于曲折波导慢波线属于基波 为返向波的系统,工作在负一次空间谐波上,因此耦合阻抗低,而耦合阻抗作为表征慢波系 统和电子相互作用强弱的参量,与行波管的增益和效率直接相关。根据已有的国内外相关 实验报道,由于曲折波导慢波线的耦合阻抗低,使得行波管整体的增益和效率被限制了。 0005 在2011年02月09日授权公告的、。

7、公告号为CN 101651074B、名称为“一种脊加载 曲折波导慢波线”中,申请人通过在每个曲折单元的直波导内壁加载一定厚度的金属脊片; 在波导壁和金属脊片上沿慢波结构的中轴对称线的位置处开有一圆形通孔,相邻两个曲折 单元的直波导的圆形通孔之间,采用与圆形通孔孔径相同的金属管连接,形成电子注通道 的方式,在一定程度上提高了曲折波导慢波线的耦合阻抗。但工作频带较窄,其耦合阻抗有 进一步提高的必要。 发明内容 0006 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种曲折波导慢波线,在同等尺寸 下提高曲折波导慢波线的工作频带,并进一步提高其耦合阻抗,从而使行波管具有更高的 增益和效率。 0007 为实。

8、现上述发明目的,本发明曲折波导慢波线,包括: 说 明 书CN 102915898 A 2/4页 4 0008 一曲折波导,该曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾 连接而成,并等同于由矩形波导沿电场面周期性弯曲成U型曲折线或直角型曲折线的曲折 波导结构; 0009 多片金属脊片,在每个直波导内壁沿宽边方向都各加载有一片一定厚度的金属脊 片; 0010 在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处开有圆形通孔,相 邻两个直波导的圆形通孔之间,采用与圆形通孔孔径尺寸相同的金属管连接,形成电子注 通道;金属脊片宽度w 1 、厚度d 1 、高度h 1 满足: 0011 2r。

9、 0 w 1 a,0d 1 0.5b,2r 0 h 1 H; 0012 其中,a为直波导宽边长度,b为直波导窄边长度,r 0 为电子注通道的半径,H是直 波导的高度; 0013 其特征在于,还包括: 0014 多个金属翼片,在直波导内壁沿窄边内壁方向都各加载有一片一定厚度的金属翼 片; 0015 金属翼片宽度w 2 、厚度d 2 、高度h 2 满足: 0016 w 2 b,0d 2 0.5a,h 2 H; 0017 本发明的发明目的是这样实现的: 0018 本发明曲折波导慢波线,包括曲折波导以及多片金属脊片和金属翼片,曲折波导 由一系列的圆弧弯曲波导或直角弯曲波导与直波导首尾连接而成;在直波导。

10、内壁沿宽边方 向都各加载有一片一定厚度的金属脊片,在直波导内壁沿窄边内壁方向都各加载有一片一 定厚度的金属翼片。在直波导宽边内部壁和金属脊片上沿曲折波导的中轴对称线的位置处 开有圆形通孔,相邻两个曲折单元的直波导的圆形通孔之间,采用与圆形通孔孔径尺寸相 同的金属管连接,形成电子注通道。通过测试,在相同的结构尺寸下,本发明曲折波导慢波 线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线更平坦,能工作在更宽的频带范围,工作频带更 宽;同时,在相同的工作频率下,本发明曲折波导慢波线具有更大的尺寸参数。此外,通过测 试,本发明曲折波导慢波线的耦合阻抗也得到了提高。 附图说明 0019 图1是本发明曲折波导慢波线一种。

11、具体实施方式结构图; 0020 图2是图1所示的曲折波导慢波线的三维剖面图; 0021 图3是图1所示的曲折波导慢波线的波导内部空间示意图; 0022 图4是图1所示的曲折波导慢波线的横截面图; 0023 图5是图1所示的曲折波导慢波线的纵截面图; 0024 图6是普通曲折波导慢波线、脊加载曲折波导慢波线和本发明曲折波导慢波结构 的色散特性比较图; 0025 图7是普通曲折波导慢波线、脊加载曲折波导慢波线和本发明曲折波导慢波线的 耦合阻抗比较图。 具体实施方式 说 明 书CN 102915898 A 3/4页 5 0026 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述,以便本领域的技术人员更好地。

12、 理解本发明。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。 0027 在本实施例中,如图15所示,曲折波导由一系列的圆弧弯曲波导和直波导首尾 连接而成。当然在具体实施过程中,也可以采用直角弯曲波导和直波导首尾连接而成。曲 折波导等同于由矩形波导1沿电场面周期性弯曲成U型曲折线(或直角型曲折线)形成的曲 折波导结构。在每个直波导内壁沿宽边方向都各自加载有一定厚度的金属脊片4,同时沿窄 边内壁方向加载有一定厚度的金属翼片5,在直波导宽边和金属脊片上沿曲折波导的中轴 对称线2的位置处开有圆形通孔,相邻两个直波导的圆形通孔之间。

13、,采用与圆形通孔的孔 径尺寸相同的金属管3连接,形成电子注通道。 0028 在图3中,A位置用于加载金属脊片,B位置用于加载金属翼片,C位置用于放置金 属管。 0029 本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的尺寸参数如图4、图5所示, a为直波导宽边长度,b为直波导窄边长度,r 0 为电子注通道的半径,H是直波导的高度,L 为单个曲折周期结构的曲折长度,w 1 、d 1 、h 1 金属脊片宽度、厚度、高度;w 2 、d 2 、h 2 金属翼片宽 度、厚度、高度。 0030 在本实施例中,本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的金属翼片宽 度w 2 b-2d,厚度0d 2 a/2-。

14、r 0 ,具体结构尺寸(单位:mm)为:a=1.15,b=0.17,H0.295,L= 0.7032,r 0 =0.09,w 1 =0.805,d 1 =0.034,h 1 =0.295,w 2 =0.102,d 2 =0.1725,h 2 =0.2065。对脊翼加载 曲折波导慢波线进行测试,获得其色散特性和耦合阻抗,并与相同尺寸的普通曲折波导、脊 加载曲折波导慢波线进行比较,测试结果如图6、图7所示。其中曲线6和曲线10分别是普 通曲折波导慢波结构的色散特性曲线和耦合阻抗曲线,曲线7和曲线11分别是脊加载曲折 波导慢波结构的色散特性曲线和耦合阻抗曲线,曲线8和曲线12分别是本发明曲折波导慢 。

15、波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散特性曲线和耦合阻抗曲线。 0031 在另一实例中,曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线结构尺寸(单位:mm): a=1.6,b=0.3,H0.42,L=1.0009,r 0 =0.18,w 1 =1.248,d 1 =0.06,h 1 =0.42,w 2 =0.18,d 2 =0.176, h 2 =0.294。曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线进行测试,获得其色散特性,测试结 果如图6中曲线9所示。 0032 从图6可以看出:普通曲折波导慢波线的色散曲线(曲线6)和脊加载曲折波导慢 波线的色散曲线(曲线7),可工作在线段A和B之间约30GHz的频率范围。

16、,而本发明曲折 波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲线(曲线8)可工作在线段C和D之间约 50GHz的频率范围,说明在相同的结构尺寸下,本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导 慢波线的色散曲线更平坦,能工作在更宽的频带范围。 0033 比较另一实施例的本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线的色散曲 线(曲线9)和普通曲折波导慢波线的色散曲线(曲线6)以及脊加载曲折波导慢波线的色散 曲线(曲线7)可知,它们均可工作在线段A和B之间对应的频段。说明在相同的工作频率 下,本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线具有更大的尺寸参数。 0034 从图7中曲线10、曲线11和曲线12的比较。

17、可以看出:相比于普通曲折波导慢波 线,脊加载曲折波导慢波线的耦合阻抗更高,而本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波 说 明 书CN 102915898 A 4/4页 6 导慢波线具有比脊加载曲折波导慢波线更高的耦合阻抗。 0035 图6、7的测试说明通过在曲折波导的直波导上加载金属脊片和金属翼片,可以提 高曲折波导慢波线的工作频率和耦合阻抗,使得行波管的增益和效率得以提高;同时在相 同的工作频率下,本发明曲折波导慢波线即脊翼加载曲折波导慢波线具有更大的尺寸参 数。 0036 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术 人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技 术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些 变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 说 明 书CN 102915898 A 1/4页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102915898 A 2/4页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102915898 A 3/4页 9 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102915898 A 4/4页 10 图7 说 明 书 附 图CN 102915898 A 10 。

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