CN111180297B - 一种双频带微带线慢波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频带微带线慢波结构，在现有技术的基础上，将微带线设计为两条金属线相交、两条金属线为弯曲的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线宽度不一致，幅度不一致，相位相差180度。这种特殊的构造形成了两个可以工作的行波模式(模式1与模式3)。通过调节两条金属线的参数(宽度、幅度)，可以使得模式1与模式3具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗。因此本发明双频带微带线慢波结构可以同时在模式1与模式3，并且具有相同的工作电压。采用本发明双频带微带线慢波结构的行波管能够在同一电子注电压的情况下，输入不同输入信号频率，获得不同频段的放大信号输出。

Description

一种双频带微带线慢波结构
技术领域
本发明属于微波电真空技术领域，更为具体地讲，涉及一种行波放大器件：双频带微带线慢波结构。
背景技术
微波电真空器件是指在真空状态下，利用带电粒子在电极间的运动过程从而实现微波信号的振荡或放大的一种电子系统。人们习惯上往往也把利用带电粒子在特定气体中的运动而产生信号的放大或转换的器件归结为电真空器件。
随着现代军事电子技术的快速发展，雷达、电子对抗、通信、制导等电子系统迫切需求大量具有大功率、高效率、重量轻、体积小的毫米波源。固态器件虽然近几年发展迅速，已经在毫米波段得到了技术突破，且具有体积小、重量轻，结构紧凑的优点，但是目前的功率难以满足需求。传统的微波电真空器件虽然功率大，工作频带宽，但是其体积大，重量重。
近几年平面慢波结构得到了关注。一方面，平面慢波结构具有体积小，可集成，工作电压低的优点；另一方面，由于平面慢波结构是2-D的结构，可以采用微细加工手段进行加工，这就解决了在毫米波段以上传统慢波结构加工难得问题。
采用现有的微带线慢波结构的真空器件，对于一根微带线慢波结构采用一个工作电压的电子注输出一个频率的电磁波，即对于一个工作电压，只输出一个频带的电磁波。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种双频带微带线慢波结构，在模式1和模式3的部分频带拥有相近的归一化相速，从而使得两个模式具有相同的工作电压，以实现较大跨度的双频段工作。
为实现上述发明目的，本发明双频带微带线慢波结构包括介质基底和位于介质基底表面的金属线(微带线)；
其特征在于，所述金属线(微带线)由两条金属线相交构成，所述两条金属线为弯曲的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线宽度不一致，幅度不一致，相位相差180度；通过调整微带线的宽度、幅度使得模式1与模式3具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗。
本发明目的是这样实现的：
本发明双频带微带线慢波结构，在现有技术的基础上，将微带线设计为两条金属线相交、两条金属线为弯曲的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线宽度不一致，幅度不一致，相位相差180度。这种特殊的构造形成了两个可以工作的行波模式(模式1与模式3)。通过调节两条金属线的参数(宽度、幅度)，可以使得模式1与模式3具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗。因此本发明双频带微带线慢波结构可以同时在模式1与模式3，并且具有相同的工作电压。采用本发明双频带微带线慢波结构的行波管能够在同一电子注电压的情况下，输入不同输入信号频率，获得不同频段的放大信号输出。
附图说明
图1是本发明双频带微带线慢波结构一种具体实施方式结构示意图；
图2是图1所示双频带微带线慢波结构的单周期尺寸示意图；
图3是图1所示双频带微带线慢波结构的归一化相速图；
图4是图1所示双频带微带线慢波结构的耦合阻抗图；
图5是本发明双频带微带线慢波结构另一种具体实施方式结构示意图(U型)；
图6是本发明双频带微带线慢波结构另一种具体实施方式结构示意图(V型)。
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是本发明双频带微带线慢波结构一种具体实施方式结构示意图。
在本实施例中，如图1所示，本发明双频带微带线慢波结构包括介质基底1和位于介质基底1表面的金属线即微带线2。
所述金属线即微带线2由两条金属线相交构成，所述两条金属线为弯曲的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线宽度不一致，幅度不一致，相位相差180度；通过调整微带线的宽度、幅度使得模式1与模式3具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗。
在本实施例中，两条金属线为正弦型的周期结构。所述金属线即微带线2由两条正弦金属线相交放置构成，呈现周期性，介质基底1下表面为金属接地层。
图2是图1所示双频带微带线慢波结构的单周期尺寸示意图。
在本实施例中，如图2所示，本发明双频带微带线慢波结构的尺寸如下：介质基底1的介电常数为ε，介质基底1厚度为hd，横向长度为a，周期长度为p，微带线厚度为t，正弦线的宽度分别为w1和w2，对应的正弦线起伏高度为f1和f2。
在本实施例中，具体实施方案的结构尺寸如下(单位mm)：a＝3，t＝0.005，p＝0.15，hd＝0.127，f1＝0.602，f2＝0.8，w1＝0.3，w2＝0.4。
利用三维电磁仿真软件对本发明提供的微带线慢波结构进行仿真计算，得到了这一具体实施方案的高频特性参数。
图3是图1所示双频带微带线慢波结构的归一化相速图(色散曲线图)。
在本实施例中，如图3所示，从模式1与模式3的色散曲线可以看出，本发明双频带微带线慢波结构的模式1与模式3在35GHz与100GHz有接近的归一化相速，这意味着采用本发明双频带微带线慢波结构的真空器件能够采用同一电压的电子注，获得不同频率的输出，且两个工作频带相隔较远。
图4是图1所示双频带微带线慢波结构的耦合阻抗图。
在本实施例中，如图4所示，从模式1与模式3的耦合阻抗可以看出，本发明双频带微带线慢波结构在35GHz与100GHz处的耦合阻抗分别为10.55欧姆与7.87欧姆。这意味着工作在两个频带时，电子注都能与电磁波进行强烈的互作用。从而采用本发明双频带微带线慢波结构的真空器件能在两个频带都获得较高的增益与较大的输出功率。
在具体实施过程中，如图5、6所示，金属线可以为U型，V型等周期结构。
在具体实施过程中，介质可为下表面是金属接地层的介质基底，也可为无金属接地层的悬空介质。
利用电磁仿真软件对本发明双频带微带线慢波结构进行优化设计，可以发现本发明双频带微带线慢波结构与常规慢波结构相比具有以下优点：
本发明双频带微带线慢波结构可传输无数多个模式，通常情况下，真空器件中采用的是基模(模式1)，高次模与电子的互作用会随着模式的增高逐渐减弱。此外，不同模式所需要的工作条件不一致，导致采用多个模式工作的真空器件需要电子枪电压是可调的。
本发明提出的双频段微带线慢波结构在现有技术的基础上，将微带线设计为两条金属线相交、两条金属线为弯曲的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线宽度不一致，幅度不一致，相位相差180度。这种特殊的构造形成了两个可以工作的行波模式(模式1与模式3)。通过调节两条金属线的参数(宽度、幅度)，可以使得模式1与模式3具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗。因此本发明双频带微带线慢波结构可以同时在模式1与模式3，并且具有相同的工作电压。采用本发明双频带微带线慢波结构的行波管能够在同一电子注电压的情况下，输入不同输入信号频率，获得不同频段的放大信号输出。
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)

1.一种双频带微带线慢波结构，包括介质基底和位于介质基底表面的微带线；
其特征在于，所述微带线由两条均沿电子注传输方向延伸的金属线相交构成，所述两条金属线为弯曲的、幅度固定的周期结构，且周期长度一致，但所述两条金属线在峰值位置的宽度不一致，两条金属线的幅度不一致、相位相差180度；通过调整微带线的宽度、幅度使得两个工作的行波模式具有相近的归一化相速，且都具有较大的耦合阻抗；
所述的周期结构为正弦型、U型或V型。
2.根据权利要求1所述的双频带微带线慢波结构，其特征在于，两条金属线为正弦型的周期结构；
介质基底的介电常数为ε，介质基底厚度为h d ，介质基底的横向长度为a，两条金属线的周期长度为p，两条金属线的厚度为t，两条金属线的宽度分别为w 1和w 2，对应的正弦线起伏高度为f 1和f 2；
结构尺寸为：a=3mm，t=0.005mm，p=0.15mm，h d =0.127mm，f 1=0.602mm，f 2=0.8mm，w 1=0.3mm，w 2=0.4mm。
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