CN109300753B - 一种介质支撑的慢波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种介质支撑的慢波结构，通过将现有的曲折金属带替换为两组在一个平面上并排相对相互交错的叶片，从而构成介质支撑叶片交错的慢波结构。两组叶片之间并不相连，这样的交错叶片结构，通过交错叶片间的电磁场耦合传输电磁波，其工作模式为TE和TM的混合模式，交错叶片间电磁场较大，这样与电子注互作用的耦合阻抗高，放大电磁波的效率高于类螺旋线结构。同时，TE和TM的混合模式使得本介质支撑的慢波结构的高频损耗小于类螺旋线结构，故可工作于高频器件。

Description

一种介质支撑的慢波结构
技术领域
本发明属于微波电真空器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管、速调管、回旋管等真空电子器件中的一种介质支撑的慢波结构。
背景技术
行波管是现代军事电子装备的心脏，在各类战机、舰船和卫星系统中是不可或缺的，具有不可替代的作用。美军目前的作战平台中，270多种系统使用了近20万支行波管。
目前常用的行波管是螺旋线行波管，螺旋线行波管采用金属丝绕制而成。随着行波管向高频方向发展，螺旋线金属丝越来越细，绕制间距越来越小，绕制成的行波管功率也大幅度降低。因此采用平面慢波结构，精细加工的平面行波管成为了一个重要发展方向，这类行波管具有体积小、重量轻、成本低等优点。
传统的平面慢波结构，如2010年07月15日申请、2012年06月27日授权公告、公告号为CN101894724B、名称为“一种V型微带曲折线慢波结构”中国发明专利，2012年10月30日申请、2015年04月15日授权公告、公告号为CN102956418B、名称为“一种折叠框慢波结构”，以及2013年03月19日申请、2015年07月15日授权公告、公告号为CN103208407B、名称为“一种采用圆弧体V形波状微带曲线的慢波器件”等。这些曲折金属带高频结构多采用介质基板作为支撑，在介质基板上电镀曲折金属带来实现。采用这种方式的曲折金属带慢波结构，在与电子注进行互作用的过程中，电子注直接在介质基板表面上方通过，这使得聚焦不好的电子极易打上介质基板，由于介质基板的不导电性，造成电荷在介质基板上累积，如图1所示，由此形成负压，不但影响电子注的流通，而且也影响行波管的工作性能，严重的情况下会导致行波管被破坏而无法工作。
在2018年05月29日授权公告的、授权公告号为CN106340433B、名称为“一种介质嵌入的曲折金属带高频结构”的介质支撑的慢波结构中，采用一介质支撑杆和一曲折金属带，所述介质支撑杆进行周期性的弯曲而形成，其弯曲下表面固定在金属屏蔽壳内底面上；所述曲折金属带由嵌套在介质支撑杆弯曲上表面的金属层构成。通过将微带高频结构的介质基板替换为与曲折金属带具有相同变化周期的介质支撑杆，同时介质支撑杆部分嵌入曲折金属带，从而形成一种嵌入介质的曲折金属带高频结构。将介质基板替换为介质支撑杆后，介质大幅减少，使得介质面向电子注的暴露面积大幅减小，且介质支撑杆部分嵌入到曲折金属带内，进一步减小了介质的暴露面积，从而降低了电子轰击到介质基底的几率，避免电荷累积效应的产生。然而，曲折金属带高频结构用于慢波结构时，和电子注互作用的耦合阻抗没有得到提升，同时，其高频损耗较大，无法工作于高频器件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种介质支撑的慢波结构，以提高与电子注互作用的耦合阻抗，并降低高频损耗，使其能工作于高频器件。
为实现上述发明目的，本发明介质支撑的慢波结构，包括：
介质支撑杆；
其特征在于，还包括：
两组叶片，两组叶片在一个平面上并排相对相互交错，两组叶片之间并不相连，各自连成一体，一组连接输入结构，另一组连接输出结构；
所述叶片由金属片构成，叶片形状可为三角形、梯形或矩形；
电磁波由输入结构输入到与之连接的一组叶片，通过交错叶片间的电磁场耦合作用将电磁波传输至另一组叶片，然后通过另一组叶片输出到输出结构；
所述介质支撑杆位于两组叶片的下方，起支撑和散热的作用，电子注在交错的两组叶片的上方或下方运行，和交错叶片互作用，产生电磁波放大。
本发明的目的是这样实现的。
本发明介质支撑的慢波结构，通过将现有的曲折金属带替换为两组在一个平面上并排相对相互交错的叶片，从而构成介质支撑叶片交错的慢波结构。两组叶片之间并不相连，这样的交错叶片结构，通过交错叶片间的电磁场耦合传输电磁波，其工作模式为TE和TM的混合模式，交错叶片间电磁场较大，这样与电子注互作用的耦合阻抗高，放大电磁波的效率高于类螺旋线结构。同时，TE和TM的混合模式使得本介质支撑的慢波结构的高频损耗小于类螺旋线结构，故可工作于高频器件。
附图说明
图1是本发明介质支撑的慢波结构一种具体实施方式的结构图；
图2是本发明介质支撑的慢波结构另一种具体实施方式的结构图。
具体实施方式
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。
图1是本发明介质支撑的慢波结构一种具体实施方式的结构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明介质支撑的慢波结构包括介质支撑杆2以及两组叶片3、4。两组叶片3、4在一个平面上并排相对相互交错，两组叶片之间3、4并不相连，各自连成一体，一组叶片3连接输入结构1，另一组叶片4连接输出结构5。
所述两组叶片3、4由金属片构成，在本实施例中，如图1所示，叶片3、4形状为矩形。
电磁波由输入结构1输入到与之连接的一组叶片3，通过交错叶片间的电磁场耦合作用将电磁波传输至另一组叶片4，然后通过另一组叶片4输出到输出结构5。
所述介质支撑杆2位于两组叶片3、4的下方，起支撑和散热的作用，电子注(未画处)在交错的两组叶片3、4的上方或下方运行，和交错叶片互作用，产生电磁波放大。
在本实施例中，所述介质支撑杆2采用双根梯形金刚石支撑杆来支撑矩形交错叶片结构(由两组叶片3、4相互交错而构成)，金刚石厚0.2mm，宽1.2mm，长度分别为8mm-12mm。两组叶片3、4为铜箔制作而成，叶片的矩形宽度为0.6mm，高度为3.4mm。每个介质支撑杆2上有15个叶片，叶片犬牙交错，每一组(边)的叶片都连接在一起即自连成一体，然后由弧形的输入结构1、输出结构5进行输入输出。
图2是本发明介质支撑的慢波结构另一种具体实施方式的结构图。
在本实施例中，如图2所示，其结构与图1所示的结构相同，只是叶片3、4形状为三角形，三角形底边宽度0.6，高度3mm。
所述介质支撑杆2采用双氮化硼矩形支撑杆来支撑的三角形的交错叶片结构(由两组叶片3、4相互交错而构成)。所述的介质支撑杆2为7mm*1mm*0.15mm的矩形，叶片为三角形。
针对平面行波管，本发明提出了一种介质支撑交错叶片慢波结构，即采用介质支撑杆支撑交错叶片构成慢波结构，交错叶片是金属片构成，叶片在一个平面上并排相对相互交错，分为两组，两组各自连成一体，两组之间并不相连，各自连接输入输出结构。这样电磁波由其中一组输入，通过交错叶片的耦合作用将电磁波传输至另一组，然后另一组输出。所述叶片形状可为三角形、梯形或矩形。介质支撑杆位于交错叶片的下方，起支撑和散热的作用，电子注在交错叶片的上方或下方运行，和交错叶片互作用，产生电磁波放大。
与目前常用的螺旋线慢波结构相比，具有许多独特的优势：1)平面型慢波结构更适用于光刻、激光等精细的加工方式，加工精度高，而螺旋线慢波结构由细丝绕制而成，其丝的细度和绕制的精度都无法和平面加工结构相类比。如，螺旋线绕制精度约0.1mm，而激光加工精度约5um，光刻加工精度高达数十纳米；2)由于支撑杆与交错叶片之间是焊接而成，所以相比螺旋线的压接散热能力强；3)叶片结构也比细丝状结构能够承受更多的电子轰击；4)平面型的交错叶片慢波结构，可以采用圆柱状电子注也可以采用带状电子注工作，当采用带状电子注工作时，具有电流大、功率高、增益高的优势。而螺旋线慢波结构只能采用圆柱状电子注工作。
与目前的平面慢波结构相比：1)常用的平面慢波结构大多类似螺旋线平面化而形成，如U型微带线，V型微带线，角度对数螺旋线等，类螺旋线结构的电磁波是类TEM波。交错叶片结构采用叶片间电磁场耦合传输电磁波，其工作模式为TE和TM的混合模式，叶片间电磁场较大，当用于慢波结构时，和电子注互作用的耦合阻抗高，放大电磁波的效率高于类螺旋线结构。2)类螺旋线结构和螺旋线一样，不能耐受电子轰击，而且由于类螺旋线结构的电磁波是类TEM波，其高频损耗远大于TE和TM的混合模式，故而无法工作于高频器件。
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。

Claims (2)

1.一种介质支撑的慢波结构，包括：
介质支撑杆；
其特征在于，还包括：
两组叶片，两组叶片在一个平面上并排相对相互交错，两组叶片之间并不相连，各自连成一体，一组连接输入结构，另一组连接输出结构；
两组叶片为铜箔制作而成，叶片为矩形，宽度为0.6mm，高度为3.4mm；或两组叶片为铜箔制作而成，叶片为三角形，三角形底边宽度0.6mm，高度3mm；
电磁波由输入结构输入到与之连接的一组叶片，通过交错叶片间的电磁场耦合作用将电磁波传输至另一组叶片，然后通过另一组叶片输出到输出结构；交错叶片结构采用叶片间电磁场耦合传输电磁波，其工作模式为TE和TM的混合模式；
所述介质支撑杆位于两组叶片的下方，起支撑和散热的作用，电子注在交错的两组叶片的上方或下方运行，和交错叶片互作用，产生电磁波放大。
2.根据权利要求1所述的慢波结构，其特征在于，所述输入结构、输出结构为弧形结构。
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