CN101030667A - 基于电磁带隙结构的慢波结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电磁带隙结构的慢波结构，包括电磁带隙结构(3)，在电磁带隙结构上设有输入通道(1)、输出通道(2)及电子注通道(4)，电子注通道(4)贯穿电磁带隙结构，本发明利用电磁带隙结构的周期结构特性，与现有的慢波技术结合，利用电磁带隙结构构造合适的慢波结构，优化原有慢波结构的色散特性。选择合适的色散特性，即可制造出符合不同需求的慢波结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电磁场与电子或其他荷电子粒或较低速波相互作用的装置或器件中的慢波结构，尤其涉及一种基于电磁带隙结构的慢波结构，属于物理电子学技术领域。
技术背景
慢波结构主要用在行波放大器、粒子加速器以及在电磁波与较低速度的波(如声波、静磁波等)相互作用的器件中，其作用在于使得互作用在较长距离与较长时间内持续进行。在该系统中，电磁波相速低于空间光速，使运动荷电子粒或低速波的能量有效地转换成电磁波的能量。
目前，在行波管中常用的慢波结构主要有金属盘荷结构和螺旋线结构，采用纵向周期结构形成慢波，同时具有金属波导模式的特征。螺旋线结构工作带宽较大，主要应用于中小功率行波管中；盘荷结构由于结构简单等优点已成功应用于大功率行波管中。但是在大功率器件中，为了获得较高的性能，慢波结构必须具有较好的模式选择以及选频性能，现有的结构难以满足。
电磁带隙结构(在光频领域称为光子带隙(Photonic Band Gap)，在微波领域一般称为电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG))是一种人造周期结构，能够在电磁波波长量级上制作器件并限制其中电磁波运行方向。电磁带隙结构用来构成慢波系统，可以制造出具有优良特性的互作用部件。
发明内容
本发明提供一种基于电磁带隙结构的慢波结构，具有结构简单，散热面较大，尺寸较大，工作带宽较大，能有效抑制干扰模式等优点。
本发明采用如下技术方案：
一种基于电磁带隙结构的慢波结构，包括电磁带隙结构，在电磁带隙结构上设有输入通道、输出通道及电子注通道，电子注通道贯穿电磁带隙结构。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明利用利用电磁带隙结构的周期结构特性，与现有的慢波技术结合，利用电磁带隙结构构造合适的慢波结构，优化原有慢波结构的色散特性。选择合适的色散特性，即可制造出符合不同需求的慢波结构。
本发明与原有慢波系统相比，由于采用电磁带隙结构构成慢波结构，在相同波段下，结构尺寸比原有慢波系统增大，因此具有更好的散热特性；与原有系统相同尺寸下的工作带宽相比，工作带宽明显增大。
本发明在慢波结构的横向结构上采用EBG结构，利用EBG的限模与选频特性，在横向结构上构成两维EBG结构，对电磁波进行限模与选频；在纵向结构上利用金属隔板构造慢波，从而使得电磁波可以高效与输入粒子流进行能量交换。
在横向结构上可以选用两维EBG腔体结构，该结构具有很强的限模特性，其基模为TM01模式；该结构还具有极高的Q值。选择合适的EBG厚度可以构造EBG慢波结构。
在横向结构上选用两维EBG波导结构，可以利用EBG波导的选频、限模特性，并且EBG波导具有慢波特性，这样在横向周期上就行成慢波，在纵向周期上沿之字形路线可以更有效的形成慢波，从而具有更加高效的波注互作用能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例的结构主视图。
图3是本发明实施例的结构左视图。
图4是本发明的色散图。
图5是本发明另一实施例的结构主视图。
图6是本发明另一实施例的结构俯视图。
具体实施方式
实施例1：参照图1、图2及图3，一种基于电磁带隙结构的慢波结构，包括电磁带隙结构3，在电磁带隙结构上设有输入通道1、输出通道2及电子注通道4，电子注通道4贯穿电磁带隙结构，电磁带隙结构包括腔体5，在腔体5内设有金属隔板6及金属棒31，在腔体5上设有电子注通道4的电子注入口41和电子注出口42，在金属隔板6上设有兼做电磁波通道和电子注通道的窗口61。
在本实施例中，图2中结构间方框表示电磁带隙结构可以在此方向上采用任意周期。电磁波从输入通道1输入，进入电磁带隙慢波结构，电磁带隙结构决定了微波可以通过的频率和模场，由金属隔板6在传播方向上形成慢波后，与电子注在兼做电磁波通道的电子注通道4中发生能量交换，最后从输出通道2输出，电子注则沿电子注通道4通过。
实施例2：参照图1、图5及图6，一种基于电磁带隙结构的慢波结构，包括电磁带隙结构3，在电磁带隙结构上设有输入通道1、输出通道2及电子注通道4，电子注通道4贯穿电磁带隙结构，电磁带隙结构包括腔体5，在腔体5内设有金属隔板6及金属棒31，在金属隔板6上设有电磁波窗口62且相邻两块金属隔板6上的电磁波窗口62分别位于腔体5的两侧，电子注通道4由设在腔体5的电子注入口41、电子注出口42及设在金属隔板6上的电子注窗口61构成。
参照图5，电磁波从输入端口1进入到平面一，沿电磁带隙缺陷传播，再沿平面一与平面二之间的窗口8进入到平面二，以此类推，最终在输出端口2输出。这样，在电磁波电子注传播方向4上形成慢波，并于其进行有效的能量交换，从而实现波注互作用。
参照图4，给出了采用本发明所示图2结构在某一尺寸下的色散图和外径与电磁带隙结构的周期相同的原有耦合腔慢波系统的色散图。本发明的色散特性明显优于原有结构。
Claims (3)
1.一种基于电磁带隙结构的慢波结构，其特征在于包括电磁带隙结构(3)，在电磁带隙结构上设有输入通道(1)、输出通道(2)及电子注通道(4)，电子注通道(4)贯穿电磁带隙结构。
2、根据权利要求1所述的基于电磁带隙结构的慢波结构，其特征在于电磁带隙结构包括腔体(5)，在腔体(5)内设有金属隔板(6)及金属棒(31)，在腔体(5)上设有电子注通道(4)的电子注入口(41)和电子注出口(42)，在金属隔板(6)上设有兼做电磁波通道和电子注通道的窗口(61)。
3、根据权利要求1所述的基于电磁带隙结构的慢波结构，其特征在于电磁带隙结构包括腔体(5)，在腔体(5)内设有金属隔板(6)及金属棒(31)，在金属隔板(6)上设有电磁波窗口(62)且相邻两块金属隔板(6)上的电磁波窗口(62)分别位于腔体(5)的两侧，电子注通道(4)由设在腔体(5)的电子注入口(41)、电子注出口(42)及设在金属隔板(6)上的电子注窗口(61)构成。
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