CN103854939A - 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构 - Google Patents

一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构 Download PDF

Info

Publication number
CN103854939A
CN103854939A CN201410011491.XA CN201410011491A CN103854939A CN 103854939 A CN103854939 A CN 103854939A CN 201410011491 A CN201410011491 A CN 201410011491A CN 103854939 A CN103854939 A CN 103854939A
Authority
CN
China
Prior art keywords
arc
slow wave
waveguide
wave structure
boundary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410011491.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103854939B (zh
Inventor
蔡军
冯进军
邬显平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 12 Research Institute
Original Assignee
CETC 12 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 12 Research Institute filed Critical CETC 12 Research Institute
Priority to CN201410011491.XA priority Critical patent/CN103854939B/zh
Publication of CN103854939A publication Critical patent/CN103854939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103854939B publication Critical patent/CN103854939B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

一种弧形弯曲波导边界折叠波导慢波结构属于微波真空电子技术领域，涉及微波真空电子器件。新型折叠波导慢波结构为一系列直波导和弧形边界弯曲波导的周期结构，弯曲波导内边界Cin和/或外边界Cout为非半圆弧，利用调整圆弧圆心(Oin和/或Oout)的位置(Yin和/或Yout)和半径尺寸(Rin和/或Rout)来增大弯曲波导的宽度，以增强直波导间隙的电子注方向电磁场。本发明在没有增加工艺复杂度和精度的条件下提高了耦合阻抗，适用于短毫米波及太赫兹器件增益和效率的提高。

Description

一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构
技术领域
本发明属于微波真空电子器件领域，具体涉及到一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构。
背景技术
慢波结构主要应用于行波型微波真空电子器件（也可作为谐振腔用于扩展互作用型驻波器件），作用是降低在其中传输电磁波的相速度，使之与电子注保持同步，以获得注波之间有效的互作用，属于微波真空电子器件的核心部分。
随着频率提高到短毫米波段（40GHz-300GHz）甚至太赫兹（300GHz-3000GHz）范围时，最常用的慢波结构由于加工、散热等技术难题在使用时受到很大的限制，因此，新型慢波结构的探索工作得到了广泛的重视。根据目前国外太赫兹真空电子器件的研制情况，折叠波导已经成为最常用的一种慢波结构。如图1所示，折叠波导慢波结构是将矩形波导沿电场面弯曲，组成一系列直波导和半圆弯曲波导（波导弯曲的内外边界均为半圆）的周期结构，圆柱型电子注通道（若带状注时，截面为矩形）位于折叠波导慢波结构的中轴线上，其中a表示折叠波导中矩形波导那一部分的宽边长，b为该部分的窄边长，几何周期为2p，直波导高度为h,电子注通道半径为rc。图2为单个几何周期折叠波导慢波结构的剖面图，图中没有显示慢波结构中的电子注通道。
这种弯曲边界呈半圆形的折叠波导慢波结构的最大缺点是耦合阻抗较低。根据皮尔斯小信号理论和微波管大信号理论，耦合阻抗值偏低会降低器件的增益、功率及效率等技术指标。为了提高折叠波导慢波结构的耦合阻抗，国内外学者提出了多种新型折叠波导慢波结构，思路是在折叠波导的几何形状、结构上，在金属区域通过额外加载真空的几何结构。基本原理是通过脊（直波导附加结构）或槽（弯曲波导附加结构）的加载，增强直波导的波导间隙中电子注方向的电磁场。随着频率提高时器件特征尺寸的不断减小，一旦进入到短毫米波及太赫兹，金属区域为这些附加结构预留的空间很小，考虑到工艺可行和结构强度要求，很难在金属区加脊或开槽；即使得到应用，在加工精度、工艺复杂性和结构强度等方面存在瓶颈，无法发挥出预计的效果。
在当前的新型折叠波导慢波结构中，在保持结构强度和工艺可行的前提下，不再通过附加额外的结构，而是通过在原有的形状、结构上进行优化调整，实现耦合阻抗的提高。利用改变弯曲波导的边界形状、结构，使得波导弯曲在电磁场传输的横向尺寸加大，直波导的尺寸不变。相对弯曲波导直波导尺寸的减小会增强直波导的波导间隙中电子注方向的电磁场，促进电磁场和电子注之间的能量交换，从而使电磁场能够得到更有效的放大。针对短毫米波及太赫兹折叠波导慢波结构小尺寸的特点，本申请研发了这种创新边界形状的慢波结构。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，针对传统常用的半圆形弯曲边界折叠波导慢波结构，不仅耦合阻抗低，而且零部件加工难度及工艺复杂度都将随应用频率的提高而增加，为了克服这些困难，就需要研发一种新型的折叠波导慢波结构，在不增加工艺难度和复杂性的前提下，能以获得高的慢波结构耦合阻抗，改善以这类慢波结构为核心的短毫米波及太赫兹真空电子器件性能，本发明提出了一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构。
本发明的目的是提供一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构，为了实现本发明目的，所采用的技术方案如下：
一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构，包括形成一系列周期结构的直波导段和弧形弯曲波导段，其特征在于，在折叠波导中，其弧形弯曲波导段部分的内外边界不再是半圆弧形状，已由传统的半圆弧形状变为非半圆弧形状，弯曲波导内弧边界Cin和外弧边界Cout的几何形状独立或组合变化后使得弯曲波导段部分的宽度增加；所述弯曲波导内边界Cin和外边界Cout变为非半圆弧，变化的趋势是使弯曲波导部分的宽度变大以及内部间隙的电磁场增加；结构进行优化调整时，内边界从半圆弧向小于半圆弧的劣弧转变，外边界从半圆弧向大于半圆弧的优弧转变，内外圆弧的起止点均与对应的直波导段边壁起止点重合，内圆弧圆心点Oin向下垂直偏离直波导上边界延长线的距离为Yin，内圆弧的半径为Rin，外圆弧圆心点Oout向上垂直偏离直波导上边界延长线的距离为Yout，外圆弧的半径为Rout。
使弯曲波导的宽度变大的方式有内外弧单独变化、共同变化等多种方式，在此任意选择一种内边界变为劣弧、外边界同时变为优弧组合的例子，设定结构尺寸（单位：mm）a=1.9,b=0.3，p=0.7,h=0.7，rc=0.22，Yin=Yout=0.1。利用三维电磁软件对本发明的一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构进行模拟，计算得到色散曲线和轴线耦合阻抗，并与相同几何尺寸的折叠波导慢波结构的冷特性参数进行对比，慢波结构的色散曲线和轴线耦合阻抗模拟结果已分别在附图中表示。
本发明的有益效果是，在没有增加工艺复杂度和精度的条件下提高了耦合阻抗，适用于短毫米波及太赫兹器件增益和效率的提高。
附图说明
图1为折叠波导慢波结构的立体示意图；
图2为单个几何周期折叠波导慢波结构的剖面图；
图3为本发明弧形弯曲边界折叠波导慢波结构立体示意图；
图4为本发明的单个几何周期剖面图；
图5为本发明折叠波导慢波结构和传统折叠波导慢波结构色散特性比较；
图6为本发明折叠波导慢波结构和传统折叠波导慢波结构的轴线耦合阻抗比较图。
具体实施方式
参照图1、图2，表示折叠波导慢波结构的立体示意图及单个几何周期示意图，图中a表示折叠波导中直波导段宽边长度，b表示折叠波导中直波导段窄边长度，h表示折叠波导中直波导段高度，几何周期为2p，电子注通道半径为rc,图2中内圆弧半径为rin,外圆弧半径为rout,圆心点为O，线段距离为Yin和Yout,参考图5和图6表示模拟计算的曲线，即处在短毫米波段与太赫兹波段交叉区域的3mm波段，弧形弯曲边界折叠波导慢波结构具体方案的结构尺寸如下（单位：mm）：a=1.9,b=0.3，p=0.7,h=0.7，rc=0.22，Yin=Yout=0.1。利用三维电磁软件对本发明的一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构进行模拟，计算得到色散曲线和轴线耦合阻抗，并与相同几何尺寸的折叠波导慢波结构的冷特性参数进行对比，慢波结构的色散曲线和轴线耦合阻抗冷特性模拟结果如图5和图6所示。
图5的结果显示，对比折叠波导慢波结构，弧形弯曲波导边界折叠波导慢波结构相光速比总体有所降低，在频率低端影响不大，在频率高端降低程度加大，较低的相光速比对应较低的工作电压，在设计中有利于实现器件的小型化。另外对更宽频率范围的色散分析显示，新型慢波结构的第一止带宽度从3GHz提高到14GHz，对比折叠波导慢波结构更容易实现无带边振荡的设计。
图6的结果显示，对比折叠波导慢波结构，弧形弯曲波导边界折叠波导慢波结构耦合阻抗整体提高，在频率低端提高30%，在中心频率提高50%，在频率高端成倍增加甚至更多，说明以新型慢波结构为核心的微波电真空器件能够实现更高的增益和更大的功率。

Claims (2)

1.一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构，包括形成一系列周期结构的直波导段和弧形弯曲波导段，其特征在于，在折叠波导中，其弧形弯曲波导段部分的内外边界不再是半圆弧形状，已由传统的半圆弧形状变为非半圆弧形状，弯曲波导内弧边界Cin和外弧边界Cout的几何形状独立或组合变化后使得弯曲波导段部分的宽度增加,结构进行优化调整时，内边界从半圆弧向小于半圆弧的劣弧转变，外边界从半圆弧向大于半圆弧的优弧转变，利用调整圆弧圆心位置和半径尺寸的办法来增加弯曲波导的宽度,增强直波导段间隙电磁场,从而增加折叠波导慢波结构的耦合阻抗,提高真空器件性能。
2.根据权利要求1所述的弧形弯曲边界折叠波导慢波结构,其特征在于，内外圆弧的起止点均与对应的直波导段边壁起止点重合，内圆弧圆心点Oin向下垂直偏离直波导上边界延长线的距离为Yin，内圆弧的半径为Rin，外圆弧圆心点Oout向上垂直偏离直波导上边界延长线的距离为Yout，外圆弧的半径为Rout。
CN201410011491.XA 2014-01-10 2014-01-10 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构 Active CN103854939B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410011491.XA CN103854939B (zh) 2014-01-10 2014-01-10 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410011491.XA CN103854939B (zh) 2014-01-10 2014-01-10 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103854939A true CN103854939A (zh) 2014-06-11
CN103854939B CN103854939B (zh) 2016-05-25

Family

ID=50862463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410011491.XA Active CN103854939B (zh) 2014-01-10 2014-01-10 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103854939B (zh)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105513925A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法
CN106098508A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京应用物理与计算数学研究所 一种太赫兹微电真空折叠波导行波管放大器的慢波结构
CN106159402A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合单脊矩形折叠波导
CN106159399A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 电子科技大学 一种新型曲折波导
CN106154415A (zh) * 2016-08-31 2016-11-23 欧阳征标 低损磁光空隙磁表面快模任意方向可控单向拐弯波导
CN106159400A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式准平面折叠波导
CN106159403A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合双脊矩形折叠波导
CN106207356A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合双脊矩形折叠波导
CN106207357A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式准平面脊波导折叠波导
CN106207358A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合单脊矩形折叠波导
CN106252811A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合折叠波导
CN106252809A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合矩形折叠波导
CN106252812A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合折叠波导
CN106257745A (zh) * 2016-08-29 2016-12-28 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合矩形折叠波导
CN106329050A (zh) * 2016-08-29 2017-01-11 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式准平面折叠波导
CN107452582A (zh) * 2017-08-16 2017-12-08 电子科技大学 一种能够抑制谐波的宽带折叠波导行波管
CN108933313A (zh) * 2018-09-14 2018-12-04 电子科技大学 一种多极异形波导及其边界确定方法
CN110034005A (zh) * 2019-04-22 2019-07-19 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种内外圆弧不同心的变形太赫兹折叠波导慢波电路
CN110828262A (zh) * 2019-12-16 2020-02-21 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106098509B (zh) * 2016-08-29 2017-10-24 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式准平面脊波导折叠波导

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422596A (en) * 1994-06-30 1995-06-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High power, broadband folded waveguide gyrotron-traveling-wave-amplifier
CN101651074A (zh) * 2009-07-22 2010-02-17 电子科技大学 一种脊加载曲折波导慢波线
CN102339708A (zh) * 2011-10-11 2012-02-01 电子科技大学 一种渐变脊加载曲折波导慢波线
US20120081003A1 (en) * 2010-10-04 2012-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Terahertz interaction circuit having ridged structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422596A (en) * 1994-06-30 1995-06-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High power, broadband folded waveguide gyrotron-traveling-wave-amplifier
CN101651074A (zh) * 2009-07-22 2010-02-17 电子科技大学 一种脊加载曲折波导慢波线
US20120081003A1 (en) * 2010-10-04 2012-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Terahertz interaction circuit having ridged structure
CN102339708A (zh) * 2011-10-11 2012-02-01 电子科技大学 一种渐变脊加载曲折波导慢波线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN HE,ETC: "Investigation of a Ridge-Loaded Folded-Waveguide", 《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》 *

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105513925A (zh) * 2015-12-08 2016-04-20 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种消除折叠波导慢波结构第一止带的方法
CN106098508A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 北京应用物理与计算数学研究所 一种太赫兹微电真空折叠波导行波管放大器的慢波结构
CN106098508B (zh) * 2016-06-29 2019-11-19 北京应用物理与计算数学研究所 一种太赫兹微电真空折叠波导行波管放大器的慢波结构
CN106159399A (zh) * 2016-08-26 2016-11-23 电子科技大学 一种新型曲折波导
CN106159403A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合双脊矩形折叠波导
CN106257745A (zh) * 2016-08-29 2016-12-28 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合矩形折叠波导
CN106159402A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合单脊矩形折叠波导
CN106207356A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合双脊矩形折叠波导
CN106207357A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式准平面脊波导折叠波导
CN106207358A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合单脊矩形折叠波导
CN106252811A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式斜扭耦合折叠波导
CN106252809A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合矩形折叠波导
CN106252812A (zh) * 2016-08-29 2016-12-21 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式斜扭耦合折叠波导
CN106159400A (zh) * 2016-08-29 2016-11-23 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导分离式准平面折叠波导
CN106329050A (zh) * 2016-08-29 2017-01-11 成都赛纳为特科技有限公司 一种扭波导合并式准平面折叠波导
CN106154415A (zh) * 2016-08-31 2016-11-23 欧阳征标 低损磁光空隙磁表面快模任意方向可控单向拐弯波导
CN106154415B (zh) * 2016-08-31 2021-05-04 深圳大学 低损磁光空隙磁表面快模任意方向可控单向拐弯波导
CN107452582A (zh) * 2017-08-16 2017-12-08 电子科技大学 一种能够抑制谐波的宽带折叠波导行波管
CN107452582B (zh) * 2017-08-16 2020-05-08 电子科技大学 一种能够抑制谐波的宽带折叠波导行波管
CN108933313A (zh) * 2018-09-14 2018-12-04 电子科技大学 一种多极异形波导及其边界确定方法
CN110034005A (zh) * 2019-04-22 2019-07-19 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种内外圆弧不同心的变形太赫兹折叠波导慢波电路
CN110034005B (zh) * 2019-04-22 2021-06-29 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种内外圆弧不同心的变形太赫兹折叠波导慢波电路
CN110828262A (zh) * 2019-12-16 2020-02-21 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构
CN110828262B (zh) * 2019-12-16 2021-09-07 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种非半圆双耳形折叠波导慢波结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN103854939B (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103854939A (zh) 一种弧形弯曲边界折叠波导慢波结构
CN101572205B (zh) 一种曲折双脊波导慢波线
CN104576266B (zh) 一种用于返波振荡器的单侧折叠波导慢波结构
CN105489459A (zh) 一种新型半周期交错双栅慢波结构
CN106098508B (zh) 一种太赫兹微电真空折叠波导行波管放大器的慢波结构
CN101615553B (zh) 一种矩形槽加载曲折波导慢波线
CN101651074B (zh) 一种脊加载曲折波导慢波线
CN107564786B (zh) 一种折叠波导慢波系统
CN109119310A (zh) 适用于双带状注返波振荡器的慢波结构
CN105575745A (zh) 一种半周期交错余弦端面栅慢波结构
CN202855699U (zh) 一种曲折波导慢波线
CN108091533B (zh) 一种双频振荡器
CN201465983U (zh) 一种弯曲槽加载曲折波导慢波线
CN102339708B (zh) 一种渐变脊加载曲折波导慢波线
CN110459453B (zh) 一种圆顶梯形交错双栅慢波结构
CN102915898B (zh) 一种曲折波导慢波线
CN108257836B (zh) 一种交错子周期折叠波导慢波结构设计方法
CN207602512U (zh) 一种交错子周期折叠波导慢波结构
CN104183444B (zh) 一种具有内径尺寸递减电子注通道的折叠波导慢波结构
CN108807114A (zh) 工作在高次模的太赫兹eio制作方法及该太赫兹eio及谐振腔
CN106783476B (zh) 一种双频径向连续波太赫兹斜注管
CN207993795U (zh) 双频振荡器、真空辐射源和工作在3π模的振荡器
CN110034005B (zh) 一种内外圆弧不同心的变形太赫兹折叠波导慢波电路
CN104934668B (zh) 一种具有选模作用的高q值太赫兹开放腔及其选模方法
CN201465982U (zh) 一种矩形槽加载曲折波导慢波线

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant