CN110335796B - 一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，由多个空腔和腔壁交替连接的线耦合腔体组成，每个腔壁上均开有一个紧贴空腔窄边且与窄边平行的耦合槽，以及一个紧贴空腔宽边且与宽边平行的耦合槽，并在腔中心开有沿与宽边平行的方向耦合槽类似形状的带状电子注通道；沿空腔传输的电磁波由耦合槽耦合至下一空腔，当电子注注入至带状电子注通道运行时，与腔内的高频场电磁波相互作用，以交换能量，高频场电磁波对电子注进行调制，而调制后的电子注交出能量，从而放大放大电磁波。

Description

一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置
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，涉及一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置。
背景技术
真空电子器件是利用带电粒子(通常为电子)在真空中与电磁波进行互作用，并将电子束的直流能量转换为电磁波能量输出的系统。
行波管中使用最广泛的慢波系统是螺旋线和耦合腔。但是他们各有其优缺点，螺旋线行波管具有非常宽的带宽，但是散热性能，输出功率受到很大的限制；特别是当行波管工作于毫米波、亚毫米波段时，由于螺旋线尺寸极小，散热困难，其功率容量更小。耦合腔行波管虽然具有比螺旋线高很多的功率输出，由于带边振荡的影响，其带宽窄，且耦合腔行波管尺寸小，加工、装配精度要求高。
目前常用的耦合腔慢波结构包括：三叶草、折叠波导等。采用带状电子注的真空电子器件具有输出功率高、结构简单、工作频率高的优点。应用于带状电子注的耦合腔慢波结构包括折叠波导和三槽结构。相对于现有的常规的带状电子注折叠波导慢波结构，本结构拥有更宽的带宽。且加工简单，容易实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，通过耦合腔的慢波来提高带宽，并同时具有散热性强，输出功率高的优点。
为实现上述发明目的，本发明提出一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，其特征在于，包括：由多个空腔和腔壁交替连接的线耦合腔体组成，且慢波装置的最前端和最末端处刚好为腔壁；
所述耦合腔体沿xoy面剖开，其截面形状为长方形，在腔壁上开有两个耦合槽；
所述耦合槽的形状可以为矩形、椭圆或两端是半圆形，中间是矩形；其中，第一耦合槽紧贴空腔窄边且与窄边平行，第二耦合槽紧贴空腔宽边且与宽边平行；这两个耦合槽用于将耦合电磁波。
所述腔壁沿空腔宽边平行方向的中心处，开与耦合槽类似形状的带状电子注通道；
所述空腔直接接触的前后两个腔壁在z轴分布排列上相差180角度，即沿z轴方向旋转180度；
沿空腔传输的电磁波由耦合槽耦合至下一空腔，当电子注注入至带状电子注通道运行时，与腔内的高频场电磁波相互作用，以交换能量，高频场电磁波对电子注进行调制，而调制后的电子注交出能量，从而放大放大电磁波。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，由多个空腔和腔壁交替连接的线耦合腔体组成，每个腔壁上均开有一个紧贴空腔窄边且与窄边平行的耦合槽，以及一个紧贴空腔宽边且与宽边平行的耦合槽，并在腔中心开有沿与宽边平行的方向耦合槽类似形状的带状电子注通道；沿空腔传输的电磁波由耦合槽耦合至下一空腔，当电子注注入至带状电子注通道运行时，与腔内的高频场电磁波相互作用，以交换能量，高频场电磁波对电子注进行调制，而调制后的电子注交出能量，从而放大放大电磁波。
同时，本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置还具有以下有益效果：
(1)、现有螺旋线行波管的散热性能、输出功率受到很大的限制，本发明与目前常用的螺旋线慢波结构相比，本结构散热性强，能承受更大的输入功率，故而具有更高的输出功率。
(2)、本结构采用金属片加工而成，螺旋线采用金属丝加工而成，所以本结构易于加工，不易变形，更能承受电子注轰击。
(3)、与目前的折叠波导慢波结构相比，本结构带宽更宽，克服了折叠波导慢波结构由于带边震荡影响引起的到带宽窄的缺点。
附图说明
图1(a)是本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置沿xoy面剖开的结构图；
图1(b)是本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置沿yoz面剖开的结构图；
图1(c)是本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置沿xoz面剖开的结构图；
图2是本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置与同尺寸折叠波导的色散曲线对比示意图。
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。
实施例
本发明一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，包括：由多个空腔和腔壁交替连接的线耦合腔体组成，且慢波装置的最前端和最末端处刚好为腔壁；
如图1(a)所示，耦合腔体沿xoy面剖开，其截面形状为长方形，在腔壁上开有结构相同的耦合槽1及耦合槽2；
耦合槽1及耦合槽2的形状为两端是半圆形，中间是矩形；其中，耦合槽1紧贴空腔窄边且与窄边平行，耦合槽2紧贴空腔宽边且与宽边平行；在本实施例中，耦合槽1及耦合槽2的形状还能够为矩形或椭圆形；
腔壁沿空腔宽边平行方向的中心处，开与耦合槽类似形状的带状电子注通道3；
如图1(b)所示，与空腔直接接触的前后两个腔壁在z轴分布排列上相差180角度，也就是说在后腔壁上开有与前腔壁中耦合槽1、2呈以腔中心为中心反对称，且大小相同的耦合槽1-a及耦合槽2-a；
如图1(c)所示，沿空腔传输的电磁波由耦合槽耦合至下一空腔，当电子注注入至带状电子注通道运行时，与腔内的高频场电磁波相互作用，以交换能量，高频场电磁波对电子注进行调制，而调制后的电子注交出能量，从而放大放大电磁波。
在本实施例中，给了一组双槽梯形线耦合腔慢波装置的具体尺寸，为：空腔宽边长度为a＝6.7mm，窄边长度为b＝4mm；腔壁的厚为0.5mm；腔壁上所挖耦合槽1及耦合槽1-a的矩形长度为3.2mm，两边半圆长度各位0.4mm，总长为4mm。腔壁上所挖耦合槽2及耦合槽2-a的矩形长度为4.2mm，两边半圆长度各位0.4mm，总长为5mm。电子注通道3的矩形长度为2.2mm，两边半圆长度各位0.4mm，总长为3mm。实际应用过程中，随着设计人员所需工作频率的不同，耦合槽和电子注通道可以增大或缩小，但不改变其作为与电子注互作用的电磁慢波结构的特性。
在本实施例中，给出了同尺寸的双槽梯形线耦合腔慢波装置和折叠波导慢波装置，并对两种装置进行仿真，得到图2所示的带宽对比示意图。其中，Plot1为双槽梯形线耦合腔慢波装置的色散曲线，plot2为折叠波导慢波装置的色散曲线，由图2可以看出，相较于折叠波导慢波装置，双槽梯形线耦合腔慢波装置的带宽明显增加2Ghz，从而可以反应出双槽梯形线耦合腔慢波装置能够克服其带宽窄的缺点。
此外，在仿真的同时，通过红外热像仪实时监控双槽梯形线耦合腔慢波装置和折叠波导慢波装置的温度，可以清楚的看到双槽梯形线耦合腔慢波装置的散热性强；通过功率器测量输出功率，也证实双槽梯形线耦合腔慢波装置输出功率高。
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 (1)

1.一种带状电子注双槽梯形线耦合腔慢波装置，其特征在于，包括：由多个空腔和腔壁交替连接的耦合腔体组成，且慢波装置的最前端和最末端处刚好为腔壁；
所述耦合腔体沿xoy面剖开，其截面形状为长方形，在腔壁上开有两个耦合槽，用于耦合电磁波；
所述耦合槽的形状为两端是半圆形，中间是矩形；其中，第一耦合槽紧贴空腔窄边且与窄边平行，第二耦合槽紧贴空腔宽边且与宽边平行；
所述腔壁沿空腔宽边平行方向的中心处设置有带状电子注通道，带状电子注通道的形状为两端是半圆形，中间是矩形，其矩形长度为2.2mm，两边半圆长度各为 0.4mm，总长为3mm；
所述空腔直接接触的前后两个腔壁在z轴分布排列上相差180角度；
沿空腔传输的电磁波由耦合槽耦合至下一空腔，当电子注注入至带状电子注通道运行时，与腔内的高频场电磁波相互作用，以交换能量，高频场电磁波对电子注进行调制，而调制后的电子注交出能量，从而放大电磁波；
其中，所述空腔宽边长度为6.7mm，窄边长度为4mm；所述腔壁的厚为0.5mm；所述第一耦合槽的矩形长度为3.2mm，两边半圆长度各为 0.4mm，总长为4mm；第二耦合槽的矩形长度为4.2mm，两边半圆长度各为 0.4mm，总长为5mm。
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