CN110706992A - 双电子注通道正弦波导慢波结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双电子注通道正弦波导慢波结构，包括一正弦波导，所述正弦波导的，宽边长度为a，窄边长度为b，正弦线周期性带状起伏的高度为h，正弦线周期性带状起伏的周期长度为p，正弦线周期性带状起伏的宽度为a，减小原常规正弦波导的窄边尺寸b，使得上下两条正弦线交错，沿周期方向建立2个带状电子注通道，所述带状电子注通道的宽度为b_w，高度为b_h，2个带状电子注通道对称设置在正弦波导两侧并贯穿正弦波导。本发明解决了现有正弦波导慢波结构的耦合阻值较小的问题，同时还具有更好的色散特性。
Description
技术领域
本发明涉及真空电子技术领域，具体涉及双电子注通道正弦波导慢波结构。
背景技术
太赫兹波段的电磁频谱开发是当今电子学领域的热点课题，它们在军事装备、科学研究、国民经济等多个领域具有非常重要的应用价值。真空电子技术作为一种重要的技术手段被用于开发这些波段的大功率电磁辐射源。行波管和返波管是其中两种广泛应用的大功率辐射源。随着工作频段的不断提高，作为器件核心部件的慢波结构遇到了传输损耗大以及反射强两大关键科学技术难题。
目前，在太赫兹波段行波管中研究的慢波结构主要有折叠波导、矩形交错双栅等结构。由于太赫兹波段的工作波长很短、慢波结构的结构尺寸较小，因此加工难度大、加工精度低，常规正弦波导(如图1所示)高频系统虽然具有很小的反射、很低的传输损耗。但是，这种结构在电磁波传输方向上的电场强度相对较弱，因而其耦合阻抗较小，从而导致正弦波导行波管的输出功率、互作用效率较小、增益较低和饱和互作用长度较长。
发明内容
本发明的目的在于提供双电子注通道正弦波导慢波结构，解决现有正弦波导慢波结构的耦合阻值较小的问题，同时还具有更好的色散特性。
本发明通过下述技术方案实现：
双电子注通道正弦波导慢波结构，包括一正弦波导，所述正弦波导的，宽边长度为a，窄边长度为b，正弦线周期性带状起伏的高度为h，正弦线周期性带状起伏的周期长度为p，正弦线周期性带状起伏的宽度为a，减小原常规正弦波导的窄边尺寸b，使得上下两条正弦线交错，沿周期方向建立2个带状电子注通道，所述带状电子注通道的宽度为b_w，高度为b_h，2个带状电子注通道对称设置在正弦波导两侧并贯穿正弦波导。
常规正弦波导的上下两条正弦周期性带状起伏之间为带状电子注通道，本发明通过减小窄边尺寸b，得上下两条正弦线交错，进而上下两条正弦周期性带状起伏之间不存在带状电子注通道。本发明所述交错具体是指上下两条正弦周期性带状起伏之间没有间隙，即下正弦周期性带状起伏的顶部与上正弦周期性带状起伏的底部在同一水平线上。
本发明为在常规正弦波导慢波结构的基础上，减小窄边尺寸b，使得原常规正弦波导的上下两条正弦线交错，放弃原来天然的电子注通道，改为沿周期方向建立贯穿正弦波导的双电子注通道，经过计算，本发明双电子注通道正弦波导慢波结构具有更高的耦合阻值，同时色散特性也得到了改善。这也意味着电子注与电磁波的互作用能力增加，进而行波管的输出功率、增益和互作用效率也得到了提高。
综上，本发明通过减小窄边尺寸b，使得原常规正弦波导的上下两条正弦线交错，放弃原来天然的电子注通道，改为沿周期方向建立贯穿正弦波导的双电子注通道，提高了常规正弦波导的耦合阻值，同时具有更好的色散。
进一步地，所述带状电子注通道的高度与窄边尺寸b减小的尺寸一致。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
综上，本发明通过减小窄边尺寸b，使得原常规正弦波导的上下两条正弦线交错，放弃原来天然的电子注通道，改为沿周期方向建立贯穿正弦波导的双电子注通道，提高了常规正弦波导的耦合阻值，同时具有更好的色散。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是常规正弦波导慢波结构的结构示意图；
图2是本发明双电子注通道正弦波导慢波结构的示意图；
图3是常规正弦波导慢波结构与双电子注通道正弦波导慢波结构的色散特性比较图；
图4是常规正弦波导慢波结构与双电子注通道正弦波导慢波结构的耦合阻抗比较图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
如图2所示，常规正弦波导慢波结构，a为波导宽边长度，b为波导窄边长度，h为正弦线周期性带状起伏的高度，p为结构的周期长度，h_b为天然电子注通道高度。结构尺寸为(单位：mm)：
a＝0.84，b＝0.55，h＝0.41，p＝0.52，h_b＝0.14，
如图2所示，本发明双电子注通道正弦波导慢波结构，a为波导宽边长度，b为波导窄边长度，h为正弦线周期性带状起伏的高度，p为结构的周期长度。通过减小窄边尺寸b，使得原高度为h_b的电子注通道被两个宽为b_w，高为b_h的电子注通道取代。本发明双电子注通道正弦波导慢波结构的结构尺寸为(单位：mm)：
a＝0.84，b＝0.34，h＝0.41，p＝0.54，b_w＝0.4，b_h＝0.14。
利用三维电磁仿真软件HFSS分别对上述常规正弦波导和双电子注通道正弦波导进行计算，获得了其色散特性及耦合阻抗，并将其结果进行比较，结果如图3、图4。如图3,4所示，曲线1、曲线3，分别是本发明双电子注通道正弦波导慢波结构的色散特性曲线、耦合阻抗曲线，曲线2、曲线4分别是常规正弦波导慢波结构的色散特性曲线和耦合阻抗曲线。
从图3中的曲线1和曲线2比较可知，在相当宽的频带内(214GHz-240Ghz)本发明双电子注通道正弦波导与常规正弦波导慢波结构的归一化相速基本相同，而在高于240Ghz的高频段，本发明双电子注通道正弦波导慢波结构的归一化相速略高，因此色散特性得到了改善。
通过比较图4中的曲线3和4可以看出，在相当宽的频带内(180～270GHz)，本发明所提供的双电子注通道正弦波导慢波结构具有更高的耦合阻抗。这说明本发明中双电子注通道正弦波导慢波结构的耦合阻抗得到了有效地提高。同时，结合图3，我们可以看出，在耦合阻抗提高的同时，色散特性没有降低，反而有所改善，这意味着电子注与电磁波的互作用能力增强，进而行波管的输出功率、增益和互作用效率也得到了提高。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.双电子注通道正弦波导慢波结构，包括一正弦波导，所述正弦波导的，宽边长度为a，窄边长度为b，正弦线周期性带状起伏的高度为h，正弦线周期性带状起伏的周期长度为p，正弦线周期性带状起伏的宽度为a，其特征在于，减小原常规正弦波导的窄边尺寸b，使得上下两条正弦线交错，沿周期方向建立2个带状电子注通道，所述带状电子注通道的宽度为b_w，高度为b_h，2个带状电子注通道对称设置在正弦波导两侧并贯穿正弦波导。
2.根据权利要求1所述的双电子注通道正弦波导慢波结构，其特征在于，所述带状电子注通道的高度与窄边尺寸b减小的尺寸一致。
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