CN101110492A - 一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法，结构包括：真空隔离窗、第一波导和匹配波导，这三部分由法兰联接起来。方法包括：根据工作频带的范围，利用真空隔离窗的谐振特性，将耦合输入结构在两个频点上进行匹配；调整真空隔离窗，使其谐振频率落在工作频带内，设定其谐振频率为第一参考频率；构造一前级组合波导，它由第一波导与匹配波导在第一参考频率匹配级联而成；然后再将前级组合波导与真空隔离窗匹配级联起来。由此得到的回旋行波管耦合输入结构工作频带宽，在工作频带内具有两个驻波比极小值点，当工作频率靠近回旋行波管放大器主互作用回路的截止频率时，也具有很好的传输性能；结构紧凑，且可以直接利用现有的工艺加工而成。

Description

一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法

技术领域

本发明属于微波技术领域，它特别涉及高功率微波器件。

背景技术

回旋行波管在毫米波段具有的高功率和宽带宽能力，使其成为高功率微波源中倍受关注的一种相干辐射源，在雷达和通信系统中已经得到广泛的应用。回旋行波管放大器的工作频带靠近其主互作用回路的截止频率，其耦合输入系统主要作用是将低功率的驱动微波高效、稳定地输入回旋行波管放大器的主互作用回路。

对于工作于不同模式的回旋行波管，其耦合输入结构各不相同。尽管现在许多国家都已经成功地开展回旋行波管放大器的试验，但是通常情况下其输入系统大多数都是采用单频点匹配方法设计——微波输入系统的传输性能(驻波比)在工作频带的中心只有一个最小值，然而当工作频率稍微偏离中心频点，其驻波比急剧上升，整个输入系统的驻波比呈现“V”字形状。这样的输入系统驻波比低于1.5的相对带宽一般在5％左右。

发明内容

本发明的目的是解决耦合输入结构传统设计方案的耦合输入带宽窄，且工作频带内驻波比较高的问题，为此提供一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法。

为了实现所述的目的，本发明的第一方面，提供一种回旋行波管放大器耦合输入结构，包括：

一真空隔离窗具有矩形波导和真空隔离窗片；

一第一波导具有圆波导和垂直加载的矩形波导；

一匹配波导具有多个匹配圆波导；

在真空隔离窗的一端口与第一波导的一端口由第一法兰连接，第一波导的一端口与匹配波导的一端口由第二法兰连接。

根据本发明的实施例，所述真空隔离窗有第一矩形波导、第二矩形波导和真空隔离窗片组成，其中：第一矩形波导的一端口与第二矩形波导的一端口连接；真空隔离窗片位于第一矩形波导与第二矩形波导的连接处。

根据本发明的实施例，所述真空隔离窗片由一铜板与一介质圆片采用钎焊技术封接而成，其中：铜板与介质圆片具有相同的厚度，铜板中间的圆孔与介质圆片具有相同的尺寸大小，介质圆片采用蓝宝石材料。

根据本发明的实施例，所述第一波导的第三矩形波导的矩形截面与第一圆波导的圆截面相互垂直放置，第一圆波导的圆截面与第N圆波导的圆截面相互平行放置。

根据本发明的实施例，所述匹配波导的第一匹配圆波导的圆截面与第N匹配圆波导的圆截面相互平行放置。

为了实现所述的目的，本发明的第二方面，提供一种回旋行波放大器耦合输入结构的设计方法，其步骤为：

步骤1：根据工作频带的范围，利用真空隔离窗的谐振特性，将耦合输入结构在两个频点上进行匹配；

步骤2：调整真空隔离窗片的厚度和介质圆片的尺寸大小，使真空隔离窗的谐振频率落在工作频带内，将真空隔离窗的谐振频率设定为第一参考频率；

步骤3：调整第一波导与匹配波导的传输特性，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上的驻波比大小相同或者相近；且调整过程中保证第一波导的第一圆波导与匹配波导的第N匹配圆波导的半径相等。

步骤4：将步骤3所得到第一波导与匹配波导在第一参考频率上进行匹配；即是将第一圆波导与第N匹配波导通过第二法兰级联起来，由此构成前级组合波导；在级联过程中需要精确地调整第N匹配圆波导的长度，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上匹配，即前级组合波导在第一参考频率上得到的驻波比最小；

步骤5：对比真空隔离窗与前级组合波导的传输特性，找到一个新的频率，在该频率上真空隔离窗与前级组合波导具有相同的驻波比，将该频率设定为第二参考频率；

步骤6：将真空隔离窗的第二矩形波导与前级组合波导的第三矩形波导通过第一法兰连接起来，得到回旋行波管放大器耦合输入结构。

根据本发明的实施例，第二矩形波导与第三矩形波导具有相同的横截面尺寸，在级联的过程中精确地调整第三矩形波导或者第二矩形波导的长度，使得真空隔离窗与前级组合波导在第二参考频率上进行匹配，得到耦合输入结构所对应的传输性能。

根据本发明的实施例，所述该耦合输入结构在第一参考频率和第二参考频率上都有驻波比极小值点，在两个参考频率之间有很宽的低驻波比频带，使得工作频带的相对带宽达到10％以上。

本发明的积极效果是提出的回旋行波管放大器耦合输入结构的方法和利用该方法设计的耦合输入结构。该耦合输入结构解决了传统设计方案的耦合输入带宽窄，且工作频带内驻波比较高的问题。而且这种方法设计的耦合输入结构在靠近回旋行波管放大器主互作用回路的截止频率时，也具有很好的传输性能，在工作频带内具有两个驻波极小值点。

这种输入结构的设计方法是“双频点组合匹配”。该设计方法具体实施过程是：真空隔离窗的谐振频率设定为第一参考频率；第一波导与匹配波导在第一参考频率进行匹配，由此构成前级组合波导；真空隔离窗与前级组合波导在第二频点匹配。由此在第一参考频点和第二参考频点之间构成一个很宽的低驻波比工作频带。

本发明提出的回旋行波管放大器耦合输入结构，它主要由真空隔离窗、第一波导、匹配波导等部件级联而成，采用“双频点组合匹配”设计的输入结构的特点是：结构加工符合当前的工艺要求，较好地满足回旋行波管放大器的整管组装要求，在很宽的工作频带范围内具有很低的驻波比，且有两个驻波比极小值点，在靠近回旋行波管放大器主互作用回路的截止频率时，也具有很好的传输性能。

该耦合输入结构的特点是：传输性能上，耦合输入结构(图5A)在靠近回旋行波管主互作用回路的截止频率(即圆波导7的截止频率)的工作频带的相对带宽达10％以上，且工作频带范围内具有两个驻波极小值点；结构上，真空隔离窗起到了将外部的微波系统与回旋行波管的主互作用回路之间的真空隔离的作用；工艺上，满足当前的加工工艺的要求。

附图说明

图1A是本发明真空隔离窗结构图；

图1B是图1A所对应的驻波比；

图2A是本发明第一波导结构图；

图2B是图2A所对应的驻波比；

图3A是本发明匹配波导结构图；

图3B是图3A所对应的驻波比；

图4A是本发明第一波导和匹配波导构成的前级组合波导结构图；

图4B是图4A所对应的驻波比；

图5A是本发明整个耦合输入结构图；

图5B是图5A所对应的驻波比；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

为了帮助更好地理解本发明，下面将参考附图举例描述本发明的具体实施方案。附图分为两类：结构图和驻波比图。图1A、图2A、图3A、图4A和图5A为对应结构图。结构图主要用于描述该结构的具体细节，结构图通常由(a)和(b)两部分组成，其中(a)是对应结构的剖面图，(b)是对应结构的右视图或者俯视图。图1B、图2B、图3B、图4B和图5B为对应结构的驻波比图。驻波比图是用来描述对应结构的传输性能，驻波比越大说明微波通过该结构时，反射也就越大，反之，则越小。

本发明提出的“双频点组合匹配”设计方法和基于该方法设计的耦合输入系统巧妙地利用真空隔离窗在的谐振特性。合理地设计真空隔离窗，使其谐振频率落在工作频带中某个特定频率点上，则在工作频带内真空隔离窗就呈现处“V”字形驻波比的传输特性；基于耦合输入系统的结构，恰当地构造一个与真空隔离窗具有相似的传输特性的前级组合波导；然后将真空隔离窗与前级组合波导在另外一个特定的频率点上匹配，由此得到的耦合输入系统在这两个特定的频率点之间形成一个形状类似于“W”低驻波比的通频带。这样设计的回旋管行波管耦合输入结构工作频带宽，而且可以直接地利用现有的成熟工艺制作，这对回旋行波管的设计和其他微波传输系统的设计具有很大的实用价值。

本发明的目的是提供一种回旋行波管放大器耦合输入结构和设计方法，基于该方法设计的工作主模为TE11模的回旋行波管放大器的耦合输入结构，其驻波比低于1.5的相对带宽可以达到10％以上，该带宽是常规设计方法的2倍以上，利用该方法进一步优化设计，输入结构的驻波比还可以进一步降低。

TE11模回旋行波管放大器的工作特性对其耦合输入系统的设计提出以下两点限制：其一，结构和功能上，输入系统必须具有真空隔离窗，使得主互作用回路和外界进行真空隔离；输入系统需要将矩形波导的TE10模的微波转换成为圆波导的TE11模传输。其二，传输性能上，耦合输入系统必须在整个工作频带内具有低驻波比和高的模式稳定性，以保证输入能量高效稳定地馈入主互作用回路。通常情况下，耦合输入结构在工作频带内的低频段很靠近回旋行波管主互作用回路的截止频率，因此很难同时满足以上两点要求。

图5A示出了本发明的实施方案。图5A中(a)部分是耦合输入结构的剖面图，(b)部分是耦合输入结构的俯视图。耦合输入结构主要由三部分组成：

第一部分是真空隔离窗(如图1A)，它主要由第一矩形波导1，第二矩形波导2和真空隔离窗片3，其中：第一矩形波导1的一端口与第二矩形波导2的一端口连接；真空隔离窗片3位于第一矩形波导1与第二矩形波导2的连接处；真空隔离窗片3由铜板3AW与介质圆片3BW(如图1A)采用钎焊技术封接而成；第一矩形波导1，第二矩形波导2和真空隔离窗片3焊接而成。

第二部分是第一波导(如图2A)，它主要由第三矩形波导4，第一圆波导6，第N圆波导5，实施例中第N圆波导5数量N采用2，以如图2A所示的方式焊接而成，因此第N圆波导5又叫第二圆波导。所述第一波导的第三矩形波导4的矩形截面与第一圆波导6的圆截面相互垂直放置，第一圆波导6的圆截面与第二圆波导5的圆截面相互平行放置。

第三部分是匹配波导(如图3A)，它主要由第一匹配圆波导7，第N匹配圆波导8以图示意的方式焊接而成。实施例中第N匹配圆波导数量N取2，所以第N匹配圆波导8又叫第二匹配圆波导8。所述匹配波导的第一匹配圆波导7的圆截面与第二匹配圆波导8的圆截面相互平行放置。

这三部分主要由第一法兰(由法兰1B和法兰2A连接构成)、第二法兰(由法兰2B和法兰3B连接构成)以图5A所示意的方式联接而成。此外图示中的法兰1A、法兰2C和法兰3A是用于连接外部系统的，其中法兰1A用于连接微波源的输入波导，法兰2C用于连接电子注通道波导，法兰3C用于连接回旋行波管的主互作用回路波导。

从图5A可见该输入系统具有3个端口，分别是第一矩形波导1的端口A，第一匹配圆波导2的端口B，第二圆波导5的端口C。微波以矩形波导的最低次模式TE10模从端口A输入，依次经过真空隔离窗的第一矩形波导1，真空隔离窗片3，第二矩形波导2；然后进入第一波导的第三矩形波导4，第一圆波导6；再进入匹配波导的第二匹配圆波导8，然后从第一匹配圆波导7的端口B以回旋行波管的工作主模TE11模输出，以此馈入回旋行波管放大器的主互作用回路。第二圆波导5半径较小，其截止频率比输入系统的工作频带高，因此虽然第一圆波导6和第二圆波导5连通，但是在工作频带内，微波不会从第二圆波导5的端口C传输出去，由此起到了将耦合输入系统和回旋行波管放大器的电子注入通道隔离的作用。整个系统的传输性能如图5B所示。从图5B可见，该耦合输入系统在15.5GHz--17.25GHz的工作频带范围内驻波比(VSWR)小于1.4，其相对带宽(频带宽度与中心频率的比值)约大于10％。由于该耦合输入系统采用“双频点组合匹配”设计，在工作频带范围内有两个驻波比极小值点，分别是15.7GHz和17GHz。

接下来将结合附图具体描述本发明的实施方案和相应的“双频点组合匹配”设计方法。

“双频点组合匹配”的步骤1，根据工作频带的范围，利用真空隔离窗的谐振特性，将耦合输入结构在两个参考频点上进行匹配，这两个参考频点确定耦合输入结构在工作频带内的性能。通常情况下，在工作频带中第一参考频率靠近低频端，第二参考频率靠近高频端。这一步本质上就是在工作频带内，对耦合输入结构进行频率规划。本发明的实施方式初步将第一参考频率设定为15.7GHz，第二参考频率设定为17GHz，而具体设计过程中第一参考频率和第二参考频的具体取值，视真空隔离窗(图1A)和前级组合波导(图4A)的传输特性而确定。

参考图1A，示出了真空隔离窗的结构图，图1A中(a)部分是真空隔离窗的剖面图，(b)部分是真空隔离窗的俯视图。这个图可以看到，该真空隔离窗由第一矩形波导1与第二矩形波导2中间加载真空隔离窗片3。其中，真空隔离窗片3由一铜板3AW和介质圆片3BW采用钎焊技术封接而成。结构图图1A中还有法兰1A和法兰1B，这两个法兰主要是用于联接其他部件用的。

该真空隔离窗的制作过程是：首先在矩形波导1与矩形波导2之间加载一个中间有圆形漏孔的矩形铜板3A，将这三个部件焊接在一起。中间加载的这个矩形铜板3A与介质圆片3B具有相同的厚度，且铜板上漏孔的大小与介质圆片3B的大小一致，介质圆片3B采用蓝宝石材料，采用钎焊技术直接将介质圆片3B封接到铜板3A的圆形漏孔上。微波从第一矩形波导1输入，从第二矩形波导2输出。当选用特定厚度和大小的介质圆片时，该真空隔离窗的谐振频率会落在工作频带内，可以得到如图1B所示传输特性。从图1B可以看到该真空隔离窗在15.7GHz处驻波比最小，表明：微波在15.7GHz频点上全部通过真空隔离窗，因此15.7GHz是该真空隔离窗的谐振频率。

“双频点组合匹配”的步骤2，调整真空隔离窗(图1A)中真空隔离窗片(由铜板3AW和介质圆片3BW组成)的厚度和介质圆片3B的大小，使得真空隔离窗的谐振频率落在工作频带内，该谐振频率应该在工作频带内靠近低频端的位置。设定真空隔离窗的谐振频率为第一参考频率。如图1B，真空隔离窗在工作频带内15.7GHz处有个驻波比极小值点，这表明微波通过真空隔离窗时在15.7GHz处没有反射，15.7GHz是本实施例的谐振频率。因此在本发明实施例的耦合输入结构的设计过程中设定第一参考频率为15.7GHz。

“双频点组合匹配”的步骤3，调整第一波导(图2A)与匹配波导(图3A)的传输特性，使得第一波导(图2A)与匹配波导(图3A)在第一参考频率上的驻波比大小相同或者相近；且调整过程中保证第一波导的第一圆波导与匹配波导的第N匹配圆波导的半径相等。

参考图2A，示出了第一波导的结构图，图2A中(a)部分是第一波导的剖面图，(b)部分是第一波导的右视图。第一波导由第三矩形波导4，第一圆波导6和第二圆波导5以图2A的方式焊接在一起的。图2A中示出的半径较小的第二圆波导5是用于联接回旋行波管的电子注入通道。此外法兰2A，法兰2B和法兰2C是用于连接其他部件的。在后续的设计中，我们需要将第二矩形波导2与第三矩形波导4利用法兰连接起来，且连接过程中不能引入新的反射，这就需要保证第二矩形波导2与第三矩形波导4具有相同的横截面尺寸。

在图2A的这部分结构中，第二圆波导5的半径较小，其截止频率高于工作频带，因此微波不会从第二圆波导5传输出去。微波从第三矩形波导4输入，从第一圆波导6输出，其传输特性如图2B所示。分析图2B，这部分结构在15.5GHz——18GHz的频带范围内驻波比(VSWR)低于2.0，且在17GHz附近达到最小值1.65。确定图2A结构在第一参考频率的驻波比。图2B表明，图2A结构在第一参考频率15.7GHz的驻波比(VSWR)约为1.9。

参考图3A，示出了匹配波导的结构图，图3A中的(a)部分是匹配波导的剖面图，(b)部分是匹配波导的右视图。从图3A可以看到这部分结构由两段不同半径的圆波导，第一匹配圆波导7和第二匹配圆波导8，焊接而成。其中第一匹配圆波导7应该与回旋行波管的主互作用回路圆波导具有相同的半径，因此第一匹配圆波导7的截止频率和回旋行波管放大其的截止频率相等。此外法兰3A和法兰3B是用于联接其他部件的。这部分结构中的法兰3B是用于连接图2A中的法兰2B，因此图3A中的第二匹配圆波导8与图2A的第一圆波导6应该具有相同的半径，以防止连接之后由于结构不均匀性引入新的反射。

图3A所示的结构中，微波从第二匹配圆波导8输入，从第一匹配圆波导7输出，其驻波比(VSWR)如图3B所示。从图3B可以看到在15.5GHz——18GHz的频带范围内，低频端驻波比(VSWR)较高，高频端的驻波比(VSWR)较低，表明在低频端反射较高，高频端反射较低。

根据“双频点组合匹配”的步骤3还要求确定匹配波导图3A在第一参考频点与第一波导在第一参考频点具有相同或者相近的驻波比(VSWR)。从图3B可见，图3A的结构在第一参考频点15.7GHz的驻波比约1.8，与图2A结构在第一参考频点的驻波比约1.9相近。满足“双频点组合匹配”的要求。若图3A与图2A所示结构在第一参考频率的驻波比相差很大，可以通过以下几种方法调节：可以增加第一波导中圆波导的级数，如第一圆波导、第二圆波导，一直到第N圆波导，但是第N圆波导一定是连接电子注通道的半径较小的圆波导；可以通过调节第一圆波导6和第二匹配圆波导8的大小；或在匹配波导中多加载几个匹配圆波导，如第三匹配圆波导、第四匹配圆波导，一直到第N匹配圆波导，但是调节过程中必须保证第N匹配圆波导与第一圆波导6的半径一致。直到图3A与图2A所示结构在第一参考频率的驻波比相同或者相近才能进行后续的设计工作。

“双频点组合匹配”的步骤4，将步骤3所得到第一波导(图2A)与匹配波导(图3A)在第一参考频率上进行匹配；即是将第一圆波导6与第二匹配圆波导8通过法兰2B与法兰3B级联起来，由此构成前级组合波导；法兰2B与法兰3B构成第二法兰；在级联过程中需要精确地调整第二匹配圆波导8的长度，使得第一波导图2A)与匹配波导(图3A)在第一参考频率上匹配，即前级组合波导在第一参考频率上得到的驻波比最小；本耦合输入结构的第一波导(图2A)与匹配波导(如图3A)这两部分微波传输结构都满足第三步的要求，对比图2B和图3B可以看到，第一参考频点15.7GHz附近，微波通过图2A与图3A的所示结构的驻波比相近。且由于第一圆波导6与第二匹配圆波导8的半径一致，二者通过法兰级联的时候不会因为结构不统一引入新的反射，因此将微波通过图2A与图3A的所示结构通过法兰2B和法兰3B级联起来，得到前级组合波导，其结构图如图4A所示。微波从前级组合波导的第三矩形波导4输入，第一匹配圆波导7输出，其驻波比如图4B所示。从图4B可以看到在第一参考频点15.7GHz处有个驻波极小值点，说明匹配波导与第一波导在第一参考频点匹配良好。

若这两部分结构(图2A和图3A)直接级联起来匹配性能不好，不能在第一参考频率15.7GHz处出现驻波极小值点，可以通过调节第二匹配圆波导8的长度，以改变微波在这两部分结构(图2A和图3A)间传输的相移，直到匹配为止。

“双频点组合匹配”的步骤5，对比真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)的传输特性，找到一个新的频率，在该频率上真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)具有相同的驻波比，将该频率设定为第二参考频率。

根据“双频点组合匹配”的步骤5，要求真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)的传输性能相同或者相近：在第一参考频点都有最小值，在整个工作频带范围内的驻波比相同或者相近，而且在工作频带范围内，除去第一参考频率，能够找到第二个参考频率，在第二参考频率上真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)具有相同或者相近的传输性能(驻波比相同或者相近)。对比图1B和图4B可以看到，真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)的驻波比曲线很相似：在第一参考频点15.7GHz处有个驻波极小值点；在17GHz处二者的驻波比近似相等。因此设定第二参考频点为17GHz。

将图1A与图4A级联起来，可以构成整个输入系统，如图5A所示，在图5A中，(a)部分是整个耦合输入结构的剖面图，(b)部分是整个耦合输入结构的俯视图。微波从端口A输入，从端口B输出。传输特性如图5B所示.从图5B可见，该耦合输入系统在15.5GHz——17.25GHz的工作频带范围内驻波比(VSWR)小于1.4，其相对带宽(频带宽度与中心频率的比值)约大于10％.分别在第一参考频率15.7GHz和第二参考频率17GHz有两个驻波比极小值点。

“双频点组合匹配”的步骤6，将真空隔离窗(图1A)的第二矩形波导2与前级组合波导(图4A)的第三矩形波导4通过法兰1B和法兰2A级联起来，法兰1B和法兰2A构成第一法兰，得到回旋行波管放大器耦合输入结构，这也就是整体匹配。将真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)这两部分微波传输结构级联起来，在第二参考频率进行匹配。由于第二矩形波导2与第三矩形波导4具有相同的横截面尺寸，所以认为级联过程中不会引入新的反射。若直接级联所得到的匹配性能不好，通过调节第二矩形波导2或者第三矩形波导4的长度，以精确地调整微波在真空隔离窗(图1A)与前级组合波导(图4A)之间的传输相移。以达到匹配，得到类似于图5B所示的传输性能。

以上设计方法和设计步骤可以应用到相类似的其他微波传输系统的设计中去。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种回旋行波管放大器耦合输入结构，其特征在于，包括：

一真空隔离窗具有矩形波导和真空隔离窗片；

一第一波导具有圆波导和垂直加载的矩形波导；

一匹配波导具有多个匹配圆波导；

在真空隔离窗的一端口与第一波导的一端口由第一法兰连接，第一波导的一端口与匹配波导的一端口由第二法兰连接。

2.根据权利要求1所述回旋行波管放大器耦合输入结构，其特征在于，所述真空隔离窗有第一矩形波导、第二矩形波导和真空隔离窗片组成，其中：第一矩形波导的一端口与第二矩形波导的一端口连接；真空隔离窗片位于第一矩形波导与第二矩形波导的连接处。

3.根据权利要求2所述回旋行波管放大器耦合输入结构，其特征在于，所述真空隔离窗片由一铜板与一介质圆片采用钎焊技术封接而成，其中：铜板与介质圆片具有相同的厚度，铜板中间的圆孔与介质圆片具有相同的尺寸大小，介质圆片采用蓝宝石材料。

4.根据权利要求1所述回旋行波管放大器耦合输入结构，其特征在于，所述第一波导的第三矩形波导的矩形截面与第一圆波导的圆截面相互垂直放置，第一圆波导的圆截面与第N圆波导的圆截面相互平行放置。

5.根据权利要求1所述回旋行波管放大器耦合输入结构，其特征在于，所述匹配波导的第一匹配圆波导的圆截面与第N匹配圆波导的圆截面相互平行放置。

6.一种回旋行波放大器耦合输入结构的设计方法，其特征在于：

步骤1：根据工作频带的范围，利用真空隔离窗的谐振特性，将耦合输入结构在两个频点上进行匹配；

步骤2：调整真空隔离窗片的厚度和介质圆片的尺寸大小，使真空隔离窗的谐振频率落在工作频带内，将真空隔离窗的谐振频率设定为第一参考频率；

步骤3：调整第一波导与匹配波导的传输特性，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上的驻波比大小相同或者相近；且调整过程中保证第一波导的第一圆波导与匹配波导的第N匹配圆波导的半径相等；

步骤4：将步骤3所得到第一波导与匹配波导在第一参考频率上进行匹配；即是将第一圆波导与第N匹配波导通过第二法兰级联起来，由此构成前级组合波导；在级联过程中需要精确地调整第N匹配圆波导的长度，使得第一波导与匹配波导在第一参考频率上匹配，即前级组合波导在第一参考频率上得到的驻波比最小；

步骤5：对比真空隔离窗与前级组合波导的传输特性，找到一个新的频率，在该频率上真空隔离窗与前级组合波导具有相同的驻波比，将该频率设定为第二参考频率；

步骤6：将真空隔离窗的第二矩形波导与前级组合波导的第三矩形波导通过第一法兰连接起来，得到回旋行波管放大器耦合输入结构。

7.根据权利要求6所述回旋行波放大器耦合输入结构的设计方法，其特征在于：第二矩形波导与第三矩形波导具有相同的横截面尺寸，在级联的过程中精确地调整第三矩形波导或者第二矩形波导的长度，使得真空隔离窗与前级组合波导在第二参考频率上进行匹配，得到耦合输入结构所对应的传输性能。

8.根据权利要求6所述回旋行波放大器耦合输入结构的设计方法，其特征在于：该耦合输入结构在第一参考频点和第二参考频点上都有驻波比极小值点，在两个参考频率之间有很宽的低驻波比频带，使得工作频带的相对带宽达到10％以上。

Images