CN109687074A - 一种集中衰减器及包括该衰减器的折叠波导行波管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种集中衰减器及包括该衰减器的折叠波导行波管。该集中衰减器包括厚度沿长度方向渐变的楔形结构，以及形成在楔形结构中自第一侧沿长度方向延伸一定长度的凹槽，其中楔形结构第一侧的厚度小于第二侧的厚度。通过在楔形结构衰减器中设置凹槽，避免了衰减器楔形结构对电磁波的干扰。该凹槽沿楔形结构长度方向延伸，扩展了电磁波在集中衰减器上的分布，有利于分散电磁波能量，使其更好地向前传输，进而被逐步吸收，减小了对电磁波的扰动，有效降低了衰减器在全频带内特别是在低频段的反射系数。根据本发明的衰减器，凹槽结构简单，易于在衰减陶瓷中实现。
Description
技术领域
本发明涉及微波真空电子技术领域。更具体地，涉及一种集中衰减器及包括该衰减器的行波管。
背景技术
行波管是一种将输入的微波信号进行放大的电真空器件，具有大功率和高增益的特点，已广泛用于电子对抗、雷达系统和无线通讯领域。折叠波导行波管由于其慢波结构具有全金属结构、色散较平坦、高频损耗小、功率容量大等特点，已成为100GHz以上频段具有应用前景的微波电真空器件之一。
行波管这种高增益放大器件，通常在电子与波相互作用时，容易产生自激振荡，破坏行波管的正常工作。为了提高行波管的工作稳定性，抑制自激振荡，必须在管内加入衰减器，以切断反馈通道，使得正常的输入信号得到放大。
集中衰减器是指一种含有吸收微波的材料，并将其加工成某种形状的产品，得到微波吸收体。已知的微波吸收材料包括衰减陶瓷，例如渗碳的氧化铍陶瓷、氮化铝衰减陶瓷等。行波管对集中衰减器的基本要求是在给定的频率范围内，具有足够的衰减量，还要求其反射系数尽可能小，例如一般希望小于0.1。目前已知的用于折叠波导行波管的集中衰减器通常为楔形结构，见图1A和图1B，所述集中衰减器结构采用楔形渐变过渡减轻集中衰减器对电磁波的扰动，减小反射。
但是现有技术中的集中衰减器结构在低频端的反射系数比较高，使行波管仍存在自激振荡的风险。利用HFSS三维电磁仿真软件对如图1A和图1B所示的集中衰减器结构进行仿真，图2显示其在低频端例如80GHz-92GHz频率范围内反射系数达到0.1以上。较大的反射系数意味着行波管自激振荡的风险高。
因此，为了克服现有技术存在的缺陷，需要提供一种具有更小的反射系数的集中衰减器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集中衰减器，以期能有效降低在全频带内特别是在低频端的反射系数，消除行波管自激振荡的风险。本发明的进一步目的在于提供一种结构简单且易于实现的集中衰减器。
为达到上述目的，本发明提供一种集中衰减器，所述集中衰减器包括厚度沿长度方向渐变的楔形结构，以及形成在楔形结构中自第一侧沿长度方向延伸一定长度的凹槽，其中楔形结构第一侧的厚度小于第二侧的厚度。
优选地，所述凹槽为通槽。
优选地，所述凹槽为矩形凹槽。
优选地，所述凹槽的长度小于衰减器的长度。
优选地，所述集中衰减器进一步包括自楔形结构第二侧沿长度方向向外延伸的平台部。
优选地，所述凹槽的长度大于楔形结构的长度且小于衰减器的长度。
优选地，所述凹槽的长度小于楔形结构的长度。
为达到上述目的，本发明提供一种折叠波导行波管，所述折叠波导行波管包括如上所述的集中衰减器。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的集中衰减器，通过在楔形结构设置凹槽，得到楔形渐变过渡结构结合开槽结构的衰减器，有效减轻了衰减器吸收体对电磁波的扰动，从而减小了衰减器对电磁波的反射。该凹槽沿楔形结构长度方向延伸，扩展了电磁波在集中衰减器上的分布，有利于分散多数电磁波能量，使其更好地向前传输，进而被逐步吸收，以此有效降低了衰减器在全频带内特别是在低频端的反射系数。另外，根据本发明的集中衰减器，在楔形结构厚度减薄的一侧形成凹槽，结构简单，易于在衰减陶瓷中实现。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1A和图1B示出现有技术中集中衰减器的结构主视和俯视图。
图2示出三维电磁仿真软件对现有技术集中衰减器的反射系数仿真计算结果图。
图3A和图3B示出根据本发明优选的实施方式的集中衰减器的结构主视和俯视图。
图4示出对比例的集中衰减器的电场分布图。
图5示出本发明的集中衰减器的电场分布图。
图6示出根据本发明优选实施例的集中衰减器和对比例的集中衰减器的反射系数结果对比图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
图1A和图1B示出一种常规的楔形衰减器，衰减器具有长度L和宽度A，包括长度为l厚度为b的矩形本体部，也称平台部，和长度为L-l、由厚度b渐变减小到厚度t的楔形过渡部。换言之，矩形本体部可以看做是楔形过渡部的厚度较厚一侧的沿长度方向向外延伸。根据本发明的集中衰减器是对现有常规楔形衰减器的一种改进，在楔形衰减器厚度t的一侧形成关于衰减器沿长度方向的开槽。
下面结合图3A和图3B对根据本发明优选实施方式的集中衰减器进行详细阐述。
如图3A和图3B所示，本优选的实施方式提供一种集中衰减器10，具有长度L和宽度A，包括长度为l厚度为b的矩形平台部13，和长度为L-l、由厚度b渐变减小到厚度t的楔形过渡部11。不同于图1A和图1B所示的衰减器，所述集中衰减10进一步包括凹槽12，该凹槽具有宽度a，a＜A，和长度H，凹槽长度H小于衰减器长度L。楔形过渡部11第一侧的厚度t小于与第一侧相对应的第二侧的厚度b。图4和图5分别示出常规集中衰减器和本发明的集中衰减器的电场分布图。从图4可以看出，楔形集中衰减器应用于折叠波导行波管中时，衰减器的楔形过渡部朝向电磁波输入方向设置，电磁波能量在楔形过渡部的区域大量集中。衰减器的楔形过渡仍然对电磁波产生较大扰动，使得频带内反射系数偏大，不利于应用。根据本发明的楔形集中衰减器，在对集中衰减器朝向电磁波输入方向增加楔形渐变过渡外，对衰减器进行开槽，在减少因衰减器吸收体的存在导致的反射的同时，使多数电磁波能量沿楔形渐变结构向前传输，进而被逐步吸收，如图5所示。以此根据本发明的集中衰减器减小了对电磁波的扰动，从而有效降低了衰减器的反射系数。
本领域技术人员可以理解，针对不同频段、不同功率、不同尺寸的折叠波导行波管，以及针对所使用的不同的衰减材料，集中衰减器的宽度、长度、楔形渐变长度以及开槽的长度和宽度，可以不同。楔形衰减器可以包括矩形本体部和楔形过渡部；也可以仅包括楔形过渡部。开槽的长度可以仅在楔形过渡部延伸，也可以延伸至矩形本体部。楔形渐变部的长度越长，或者凹槽沿楔形结构长度越长，吸收体对电磁波的扰动越小，将扩展电磁波在集中衰减器上的分布，有利于分散电磁波能量，使其更好地向前传输，进而被逐步吸收，反射系数越小；凹槽的宽度越宽，吸收体对电磁波的扰动越小，反射系数可以越小。凹槽的深度可以小于楔形吸收体的厚度，也可以是贯穿吸收体厚度的通槽。应当理解，渐变长度越长或开槽宽度越宽，衰减陶瓷的强度越低，加工工艺增加，成品率越低。优选地，本发明集中衰减器凹槽的形状为矩形凹槽。本发明集中衰减器的各尺寸和形状，本领域技术人员可根据行波管工作频段、功率和选择的衰减材料具体情况进行设计。
下面通过对比例实施例1对本发明进行进一步阐述。
对比例现有技术中集中衰减器包括有楔形过渡部和平台部，现以衰减材料为氮化铝衰减陶瓷，具有长度L为8mm和宽度A宽度为2.04mm，包括长度l为3mm厚度b为0.33mm的矩形本体部，和长度L-l为5mm、由厚度b 0.33mm渐变减小到厚度t 0.05mm的楔形过渡部的楔形衰减器作为对比例。
实施例1
本发明提供的优选的实施方式在对比例楔形衰减器的基础上，增加凹槽结构，得到实施例1的集中衰减器。具体地，从楔形过渡部中厚度为0.05mm的一侧开始，在对比例衰减器中形成一个宽度为1.25mm、向平台部延伸长度为5.8mm的通槽。
通过HFSS电磁仿真软件对对比例及本实施例1提供的集中衰减器反射系数进行仿真计算，结果如图6所述，可以看出，对比例的集中衰减器结构的反射系数偏大(上部曲线)，尤其是低频端(80-92GHz)的反射系数显著超过了0.1，已经超出了对集中衰减器的一般要求。本实施例1的集中衰减器的反射系数有了显著降低(下部曲线)，在80GHz-130GHz频率范围内均低至0.05以下。
可以看出，在相同衰减材料、相同外形尺寸，长度、宽度和楔形长度的楔形衰减器的情况下，根据本发明的形成有结合楔形过渡部和凹槽的集中衰减器比常规楔形衰减器的反射系数显著降低，并在低频段具有更显著的改善效果。
根据本发明的一种优选的实施方式，进一步提供了一种折叠波导行波管，所述折叠波导行波管包括如上所述的集中衰减器。
所述折叠波导行波管对现有技术所起到的优势作用与上述集中衰减器对现有技术所起的优势作用相同，在此不再赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种集中衰减器，其特征在于，所述集中衰减器包括厚度沿长度方向渐变的楔形结构，以及形成在楔形结构中自第一侧沿长度方向延伸一定长度的凹槽，其中楔形结构第一侧的厚度小于第二侧的厚度。
2.根据权利要求1中所述的集中衰减器，其特征在于，所述凹槽为通槽。
3.根据权利要求2中所述的集中衰减器，其特征在于，所述凹槽为矩形凹槽。
4.根据权利要求1所述的集中衰减器，其特征在于，所述凹槽的长度小于衰减器的长度。
5.根据权利要求1中所述的集中衰减器，其特征在于，所述集中衰减器进一步包括自楔形结构第二侧沿长度方向向外延伸的平台部。
6.根据权利要求5中所述的集中衰减器，其特征在于，所述凹槽的长度大于楔形结构的长度且小于衰减器的长度。
7.根据权利要求5中所述的集中衰减器，其特征在于，所述凹槽的长度小于楔形结构的长度。
8.一种折叠波导行波管，其特征在于，所述折叠波导行波管包括如权利要求1-7中任一项所述的集中衰减器。
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