CN111463540A - 一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法，其中，太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体包括：顺次连接的输入渐变段、高频互作用段以及输出渐变段；其中，输入渐变段的内部设置有呈圆台状的第一电子通道，内孔电子通道呈圆台状；高频互作用段的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔；输出渐变段的内部设置有呈圆台状的第二电子通道。该腔体克服现有技术中，在太赫兹频段，内部腔体的尺寸已经很小，而且腔体内部变化复杂，腔体整体加工很困难；同时，在太赫兹频段，金属波导壁对太赫兹波的损耗较大，会严重限制回旋管功率的输出的问题。

Description

一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法

技术领域

本发明涉及太赫兹器件技术领域，具体地涉及一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法。

背景技术

太赫兹波具有独特的瞬态性、高穿透性、宽带性、相干性和低能性等特性，在超高速空间通讯、超高分辨率武器制导、医学成像、安全检查、物质与太赫兹光谱特征分析、材料检测等领域具有广泛的应用前景。太赫兹波虽然很多优点，但是在空气、金属波导中传输损耗很大，加上没有大功率的太赫兹辐射源，导致太赫兹技术发展很慢。

太赫兹回旋管可以在常温下产生高频高功率的太赫兹输出功率，得到了国内外广泛的关注，现有技术中，在太赫兹频段，内部腔体的尺寸已经很小，而且腔体内部变化复杂，腔体整体加工很困难；同时，在太赫兹频段，金属波导壁对太赫兹波的损耗较大，会严重限制回旋管功率的输出。

因此，提供一种可以有效地克服以上技术问题的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中，在太赫兹频段，内部腔体的尺寸已经很小，而且腔体内部变化复杂，腔体整体加工很困难；同时，在太赫兹频段，金属波导壁对太赫兹波的损耗较大，会严重限制回旋管功率的输出的问题，从而提供一种可以有效地克服以上技术问题的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，所述太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体包括：顺次连接的输入渐变段、高频互作用段以及输出渐变段；其中，

所述输入渐变段的内部设置有呈圆台状的第一电子通道，所述内孔电子通道呈圆台状；

所述高频互作用段的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔；

所述输出渐变段的内部设置有呈圆台状的第二电子通道；

所述第一电子通道、所述谐振腔以及所述第二电子通道依次相连通，且谐振腔的两端分别与所述第一电子通道的直径较小端以及所述第二电子通道的直径较小端相连通。

优选地，所述输入渐变段的材质为不锈钢或无氧铜，且内部的第一电子通道的锥度角大小为3°-4°。

优选地，所述高频互作用段的材质为不锈钢，且内部的谐振腔的长度为12-14mm，内径为2.9mm-3mm。

优选地，所述输出渐变段的材质为不锈钢，且内部的第二电子通道的锥度角大小标记为7°-8°。

优选地，所述第二电子通道靠近谐振腔一端的内侧以及远离谐振腔一端的内侧分别设置有介质材料。

优选地，所述介质材料为有机玻璃，且其介电常数为4，正切损耗角为0.05。

本发明还提供了一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，方法包括：

制作顺次连接的输入渐变段、高频互作用段以及输出渐变段；其中，

所述输入渐变段的内部设置有呈圆台状的第一电子通道，所述内孔电子通道呈圆台状；

所述高频互作用段的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔；

所述输出渐变段的内部设置有呈圆台状的第二电子通道；

所述第一电子通道、所述谐振腔以及所述第二电子通道依次相连通，且谐振腔的两端分别与所述第一电子通道的直径较小端以及所述第二电子通道的直径较小端相连通。

优选地，，所述第一电子通道和所述第二电子通道都采用慢丝切割机器加工。

优选地，所述方法还包括：

对所述谐振腔的内部进行覆膜处理。

优选地，所述谐振腔内部的覆膜的种类为铜模或银膜，且厚度为2-10um。

通过上述技术方案，本发明提供的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法在使用时的有益效果为：

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体的结构示意图；

图2是现有技术中的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体的结构示意图；以及

图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法的流程图。

附图标记说明

1输入渐变段 2高频互作用段

3输出渐变段 4介质材料

6第一电子通道 7谐振腔

8第二电子通道

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

装置实施例

如图1所示，本发明提供了一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，所述太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体包括：顺次连接的输入渐变段1、高频互作用段2以及输出渐变段3；其中，

所述输入渐变段1的内部设置有呈圆台状的第一电子通道6，所述内孔电子通道6呈圆台状；

所述高频互作用段2的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔7；

所述输出渐变段3的内部设置有呈圆台状的第二电子通道8；

所述第一电子通道6、所述谐振腔7以及所述第二电子通道8依次相连通，且谐振腔7的两端分别与所述第一电子通道6的直径较小端以及所述第二电子通道8的直径较小端相连通。

在上述方案中，该腔体采用分段加工焊接的方式降低了腔体的制作难度，通过在腔体内壁增加介质材料降低了太赫兹波的损耗。本发明提供的高频渐变耦合腔体可以显著提高太赫兹回旋管的成品率，同时提高输出功率。

如图2所示，为现有技术中的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，它由一个渐变波导组成，内部的通道内径是逐渐变化的，腔体内部变化复杂，腔体整体加工很困难，相对而言，本申请中的腔体结构采用分段加工焊接的方式降低了腔体的制作难度，可以显著提高太赫兹回旋管的成品率。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述输入渐变段1的材质为不锈钢或无氧铜，且内部的第一电子通道6的锥度角α1大小为3°-4°。

在上述方案中，所述输入渐变段1设置于高频互作用渐变耦合腔体的前端，其内孔电子通道采用锥度渐变形式，锥度角大小α1为3.5°，锥度孔采用慢丝切割机器加工而成；进一步，输入渐变段采用没有磁性的不锈钢材料加工而成。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述高频互作用段2的材质为不锈钢，且内部的谐振腔7的长度为12-14mm，内径为2.9-3mm。

在上述方案中，所述高频互作用段2设置于高频渐变耦合腔体的中间，该高频互作用段为圆柱体谐振腔，该谐振腔长度是13毫米，内直径是Ф2.95毫米，谐振腔工作在813GHz处。工作模式为ТЕ8,5高次震荡模式；进一步的,所述高频互作用段采用没有磁性的不锈钢材料加工而成。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述输出渐变段3的材质为不锈钢，且内部的第二电子通道8的锥度角α2大小标记为7°-8°。

在上述方案中，所述输出渐变段3设置于高频互作用渐变耦合腔体的后端，其内孔电子通道采用锥度渐变形式，锥度角α2大小标记为7.9°，锥度孔采用慢丝切割机器加工而成；进一步，输入渐变段采用没有磁性的不锈钢材料加工而成。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述第二电子通道8靠近谐振腔7一端的内侧以及远离谐振腔7一端的内侧分别设置有介质材料4。

在上述方案中，所述介质材料4为有机玻璃，其介电常数为4，正切损耗角为0.05。介质材料设置于输出渐变段渐变内孔表面，介质材料共设置两处，一处设置在输出渐变段渐变波导内壁上，另一处设置在输出渐变均匀波导内壁上，该介质材料与波导壁共同组成了低损耗的介质波导，该波导在太赫兹波段具有较小的损耗。

为了增大回旋管的高频互作用渐变耦合腔体内孔表面的光洁度，从而提高功率容量以及降低损耗，表面进行覆膜工艺处理，覆膜的种类为铜模或者银膜，厚度控制在2-10um之间。

通过以上方案，所述太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体在实际的生产过程中功率容量从正常的60％提高至85％左右，而所述装置的损耗也从正常的50％下降至20％；通过上述结果可知，本发明提供的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体确实有效地提高功率容量以及降低损耗。

方法实施例

如图3所示，本发明还提供了一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，方法包括：

制作顺次连接的输入渐变段1、高频互作用段2以及输出渐变段3；其中，

所述输入渐变段1的内部设置有呈圆台状的第一电子通道6，所述内孔电子通道6呈圆台状；

所述高频互作用段2的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔7；

所述输出渐变段3的内部设置有呈圆台状的第二电子通道8；

所述第一电子通道6、所述谐振腔7以及所述第二电子通道8依次相连通，且谐振腔7的两端分别与所述第一电子通道6的直径较小端以及所述第二电子通道8的直径较小端相连通。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述第一电子通道6和所述第二电子通道8都采用慢丝切割机器加工。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述方法还包括：

对所述谐振腔7的内部进行覆膜处理。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述谐振腔7内部的覆膜的种类为铜模或银膜，且厚度为2-10um。

综上所述，本发明提供的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体及其制作方法提供的高频渐变耦合腔体，结构上设计简单，采用慢丝切割机器加工内孔锥度容易实现；内孔表面覆膜增加腔体表面光洁度，减小互作用区域腔体损耗，进而降低起振电流；输出渐变段设置介质材料可很好的降低输出波导壁对太赫兹伯的损耗，提高回旋管的输出功率。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，所述太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体包括：顺次连接的输入渐变段(1)、高频互作用段(2)以及输出渐变段(3)；其中，

所述输入渐变段(1)的内部设置有呈圆台状的第一电子通道(6)，所述内孔电子通道(6)呈圆台状；

所述高频互作用段(2)的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔(7)；

所述输出渐变段(3)的内部设置有呈圆台状的第二电子通道(8)；

所述第一电子通道(6)、所述谐振腔(7)以及所述第二电子通道(8)依次相连通，且谐振腔(7)的两端分别与所述第一电子通道(6)的直径较小端以及所述第二电子通道(8)的直径较小端相连通。

2.根据权利要求1所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，所述输入渐变段(1)的材质为不锈钢或无氧铜，且内部的第一电子通道(6)的锥度角大小为3°-4°。

3.根据权利要求1所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，所述高频互作用段(2)的材质为不锈钢，且内部的谐振腔(7)的长度为12-14mm，内径为2.9mm-3mm。

4.根据权利要求1所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，所述输出渐变段(3)的材质为不锈钢，且内部的第二电子通道(8)的锥度角大小标记为7°-8°。

5.根据权利要求4所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，

所述第二电子通道(8)靠近谐振腔(7)一端的内侧以及远离谐振腔(7)一端的内侧分别设置有介质材料(4)。

6.根据权利要求5所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体，其特征在于，所述介质材料(4)为有机玻璃，且其介电常数为4，正切损耗角为0.05。

7.一种太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，其特征在于，方法包括：

制作顺次连接的输入渐变段(1)、高频互作用段(2)以及输出渐变段(3)；其中，

所述输入渐变段(1)的内部设置有呈圆台状的第一电子通道(6)，所述内孔电子通道(6)呈圆台状；

所述高频互作用段(2)的内部设置有呈圆柱体状的谐振腔(7)；

所述输出渐变段(3)的内部设置有呈圆台状的第二电子通道(8)；

所述第一电子通道(6)、所述谐振腔(7)以及所述第二电子通道(8)依次相连通，且谐振腔(7)的两端分别与所述第一电子通道(6)的直径较小端以及所述第二电子通道(8)的直径较小端相连通。

8.根据权利要求7所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，其特征在于，所述第一电子通道(6)和所述第二电子通道(8)都采用慢丝切割机器加工。

9.根据权利要求7所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述谐振腔(7)的内部进行覆膜处理。

10.根据权利要求9所述的太赫兹回旋管高频渐变耦合腔体制作方法，其特征在于，所述谐振腔(7)内部的覆膜的种类为铜模或银膜，且厚度为2-10um。

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