CN114256040B - 一种新型行波管慢波结构 - Google Patents

一种新型行波管慢波结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114256040B
CN114256040B CN202111592806.0A CN202111592806A CN114256040B CN 114256040 B CN114256040 B CN 114256040B CN 202111592806 A CN202111592806 A CN 202111592806A CN 114256040 B CN114256040 B CN 114256040B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
low
wave
sine
peak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111592806.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114256040A (zh
Inventor
范五洋
杨睿超
徐进
岳玲娜
殷海荣
赵国庆
王文祥
魏彦玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202111592806.0A priority Critical patent/CN114256040B/zh
Publication of CN114256040A publication Critical patent/CN114256040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114256040B publication Critical patent/CN114256040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16—Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/24—Slow-wave structures, e.g. delay systems

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型行波管慢波结构，涉及微波电真空技术领域，其技术方案要点是：包括正弦波导结构，其特征是，正弦波导结构包括高波峰正弦波导和低波峰正弦波导；高波峰正弦波导的高度大于低波峰正弦波导的高度；低波峰正弦波导的宽度大于高波峰正弦波导的宽度，且低波峰正弦波导与高波峰正弦波导的重叠宽度等于高波峰正弦波导的宽度；高波峰正弦波导与低波峰正弦波导的周期长度和电子注通道相同。本发明在考虑实际加工的情况下将高波峰正弦波导的耦合阻抗优势与低波峰正弦波导的带宽优势相结合，相比于低波峰的正弦波导慢波结构具有更大的耦合阻抗，相比于高波峰的正弦波导慢波结构具有更宽的带宽并且更易于加工。

Description

一种新型行波管慢波结构
技术领域
本发明涉及微波电真空技术领域，更具体地说，它涉及一种新型行波管慢波结构。
背景技术
随着卫星通信、电子对抗以及高分辨率雷达等应用的飞速发展，对辐射源提出了更高频率、更高功率以及更宽带宽的要求。当前，辐射源包括真空电子器件和固态电子器件。其中固态器件由于体积小和集成度高等特点在低频段的应用中占据较大优势。对于微波器件，当工作频率升高时，尤其对于太赫兹频段，器件的结构尺寸将极大地减小，此时固态器件将难以保证高功率需求。因而在高频段、大功率的需求场景下，真空电子器件仍然具有不可替代的作用。
在众多真空电子器件中，具有高功率、宽带宽以及高功率容量等优势的行波管受到广泛的关注和研究。又因为行波管具有坚固性好、工作寿命长等特点，在雷达、电磁对抗、宽带通信和成像等领域得到广泛应用。慢波结构作为行波管中电子注与高品场进行互作用的场所，对电子注与电磁波的能量交换效果起着决定性的影响。而作为行波管进行注波互作用放大微波信号的主体部分，慢波结构的设计选择是设计行波管的关键，因此慢波结构的特性直接决定了行波管的性能。以正弦波导慢波结构为例，正弦线的幅值越大，其上升沿和下降沿就越陡峭，曲线在靠近波峰处也就越窄。所以对于正弦波导来说，正弦幅值越大，nano-CNC的加工难度也就越大。然而对于正弦波导慢波结构，幅值不够大就无法提供足够的耦合阻抗。
为了提升器件性能，国内外研究学者对慢波结构进行了广泛的研究。因而慢波结构的发明创新具有十分重要的意义。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种新型行波管慢波结构，在考虑实际加工的情况下将高波峰正弦波导的耦合阻抗优势与低波峰正弦波导的带宽优势相结合，降低加工难度的同时保证行波管放大信号的性能，相比于低波峰的正弦波导慢波结构具有更大的耦合阻抗，相比于高波峰的正弦波导慢波结构具有更宽的带宽并且更易于加工。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种新型行波管慢波结构，包括正弦波导结构，所述正弦波导结构包括高波峰正弦波导和低波峰正弦波导；
所述高波峰正弦波导的高度大于低波峰正弦波导的高度；
所述低波峰正弦波导的宽度大于高波峰正弦波导的宽度，且低波峰正弦波导与高波峰正弦波导的重叠宽度等于高波峰正弦波导的宽度；
所述高波峰正弦波导与低波峰正弦波导的周期长度和电子注通道相同。
进一步的，所述低波峰正弦波导超出高波峰正弦波导的宽度部分对称分布在高波峰正弦波导的宽度方向两侧。
进一步的，所述低波峰正弦波导和高波峰正弦波导沿宽度方向等分，且低波峰正弦波导等分后的单元波导与高波峰正弦波导等分后的单元波导交替分布。
进一步的，所述低波峰正弦波导、高波峰正弦波导的波峰处均呈相应尺寸的圆角设置。
第二方面，提供了如第一方面所述的一种新型行波管慢波结构的加工方法，包括以下步骤：
先使用直径大的刀具镂空加工形成低波峰正弦波导；
再使用直径小的刀具在低波峰正弦波导的基础上继续镂空加工形成高波峰正弦波导；
两次镂空加工的低波峰正弦波导、高波峰正弦波导构成正弦波导结构。
第三方面，提供了一种新型行波管慢波结构，包括交错双栅波导结构，所述交错双栅波导结构包括高柱状波导结构和低柱状波导结构；
所述高柱状波导结构的高度大于低柱状波导结构的高度；
所述低柱状波导结构的宽度大于高柱状波导结构的宽度，且低柱状波导结构与高柱状波导结构的重叠宽度等于高柱状波导结构的宽度；
所述高柱状波导结构与低柱状波导结构的周期长度和电子注通道相同。
进一步的，所述低柱状波导结构超出高柱状波导结构的宽度部分对称分布在高柱状波导结构的宽度方向两侧。
进一步的，所述低柱状波导结构和高柱状波导结构沿宽度方向等分，且低柱状波导结构等分后的单元波导与高柱状波导结构等分后的单元波导交替分布。
进一步的，所述低柱状波导结构和高柱状波导结构的截面均为矩形、梯形中的任意组合。
第四方面，提供了如第三方面任意一项所述的一种新型行波管慢波结构的加工方法，包括以下步骤：
先使用直径大的刀具镂空加工形成低柱状波导结构；
再使用直径小的刀具在低柱状波导结构的基础上继续镂空加工形成高柱状波导结构；
两次镂空加工的低柱状波导结构、高柱状波导结构构成正弦波导结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种新型行波管慢波结构，在考虑实际加工的情况下将高波峰正弦波导的耦合阻抗优势与低波峰正弦波导的带宽优势相结合，降低加工难度的同时保证行波管放大信号的性能，相比于低波峰的正弦波导慢波结构具有更大的耦合阻抗，相比于高波峰的正弦波导慢波结构具有更宽的带宽并且更易于加工；
2、本发明提供的一种新型行波管慢波结构，可应用于1THz频段的制造设计，也可应用于低频段或者更高频段的行波管设计。
3、本发明提供的一种新型行波管慢波结构的加工方法还可应用于交错双栅等其他慢波结构的设计制造。
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是本发明实施例1中正弦波导慢波结构的多周期模型图；
图2是本发明实施例1中低波峰正弦波导和高波峰正弦波导的单周期模型图；
图3是本发明实施例1中低波峰正弦波导和高波峰正弦波导的单周期正视图；
图4是本发明实施例1中低波峰正弦波导和高波峰正弦波导的单周期左视图；
图5是本发明实施例1中的镂空加工结果示意图；
图6是本发明实施例1中的耦合阻抗曲线图；
图7是本发明实施例1中的色散曲线；
图8是本发明实施例2中交错双栅波导结构的多周期模型图；
图9是本发明实施例1中的镂空加工结果示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、低波峰正弦波导；2、高波峰正弦波导；3、低柱状波导结构；4、高柱状波导结构。
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。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
探索实际加工1THz行波管慢波结构的过程中提出了种新型行波管慢波结构。太赫兹频段器件尺寸很小，一般便于加工的慢波结构参数无法提供足够的耦合阻抗。本发明的新型结构在具有足够高的耦合阻抗的同时，保证实际加工的可行性。除了1THz频段外，本发明的结构类型也可应用于其他频段的行波管制造。此外，还可以应用于交错双栅等其他慢波结构。
实施例1：一种新型行波管慢波结构，如图1-图4所示，包括正弦波导结构，正弦波导结构包括高波峰正弦波导2和低波峰正弦波导1。高波峰正弦波导2的高度h2大于低波峰正弦波导1的高度h1。低波峰正弦波导1的宽度a1大于高波峰正弦波导2的宽度a2，且低波峰正弦波导1与高波峰正弦波导2的重叠宽度等于高波峰正弦波导2的宽度。高波峰正弦波导2与低波峰正弦波导1的周期长度p和电子注通道hb相同。
如图4所示，在本实施例中，低波峰正弦波导1超出高波峰正弦波导2的宽度部分对称分布在高波峰正弦波导2的宽度方向两侧。此外，超出的宽度部分还可以以宽带不对称的方式分布在高波峰正弦波导2的宽度方向两侧。另外，超出的宽度部分也可以分布在高波峰正弦波导2的宽度方向的一侧，其均具有显著的效果。
作为一种可选的实施方式，低波峰正弦波导1和高波峰正弦波导2沿宽度方向等分，且低波峰正弦波导1等分后的单元波导与高波峰正弦波导2等分后的单元波导交替分布。需要说明的是，可以间隔一个进行交替分布，也可以间隔两个进行交替分布。间隔的对象可以是低波峰正弦波导1等分后的单元波导，也可以是高波峰正弦波导2等分后的单元波导。
如图1与图3所示，低波峰正弦波导1、高波峰正弦波导2的波峰处均呈相应尺寸的圆角设置。从图3中可以看到，与严格正弦线不同，由于正弦线顶部间隙很小，所以波峰处为与相应的加工刀具尺寸相适应的圆角。加工波峰更高的正弦波导慢波结构所使用的刀具尺寸更小。
上述行波管慢波结构的加工方法具体为：先使用直径大的刀具镂空加工形成低波峰正弦波导1；再使用直径小的刀具在低波峰正弦波导1的基础上继续镂空加工形成高波峰正弦波导2；两次镂空加工的低波峰正弦波导1、高波峰正弦波导2构成正弦波导结构。其加工后的结果如图5所示，镂空出的部分如图1所示。
图6为本实施例中新结构、低波峰和高波峰的正弦波导慢波结构的耦合阻抗曲线，对比仿真中低波峰和高波峰的正弦波导慢波结构的宽边相等，同时也等于本实施例中的最宽宽边a1。可以直观地看到高波峰的正弦波导慢波结构耦合阻抗更高。将它们结合后相对于低波峰正弦波导1慢波结构耦合阻抗有了显著地提高。
图7为本实施例中新结构、低波峰和高波峰的正弦波导慢波结构的色散曲线。高波峰正弦波导2慢波结构的带宽很窄，而本发明的新结构带宽有了很大的拓展。
实施例2：一种新型行波管慢波结构，如图8所示，包括交错双栅波导结构，交错双栅波导结构包括高柱状波导结构4和低柱状波导结构3。高柱状波导结构4的高度大于低柱状波导结构3的高度。低柱状波导结构3的宽度大于高柱状波导结构4的宽度，且低柱状波导结构3与高柱状波导结构4的重叠宽度等于高柱状波导结构4的宽度。高柱状波导结构4与低柱状波导结构3的周期长度和电子注通道相同。需要说明的是，本实施例中的交错双栅波导结构设计原理与实施例1中的设计原理雷同。
低柱状波导结构3超出高柱状波导结构4的宽度部分对称分布在高柱状波导结构4的宽度方向两侧。此外，超出的宽度部分还可以以宽带不对称的方式分布在高波峰正弦波导2的宽度方向两侧。另外，超出的宽度部分也可以分布在高波峰正弦波导2的宽度方向的一侧，其均具有显著的效果。
作为一种可选的实施方式，低柱状波导结构3和高柱状波导结构4沿宽度方向等分，且低柱状波导结构3等分后的单元波导与高柱状波导结构4等分后的单元波导交替分布。需要说明的是，可以间隔一个进行交替分布，也可以间隔两个进行交替分布。间隔的对象可以是低柱状波导结构3等分后的单元波导，也可以是高柱状波导结构4等分后的单元波导。
在本实施例中，低柱状波导结构3和高柱状波导结构4的截面均为矩形，也可以是梯形，还可以是梯形与矩形的结合。
上述行波管慢波结构的加工方法具体为：先使用直径大的刀具镂空加工形成低柱状波导结构3；再使用直径小的刀具在低柱状波导结构3的基础上继续镂空加工形成高柱状波导结构4；两次镂空加工的低柱状波导结构3、高柱状波导结构4构成正弦波导结构。其加工结果如图9所示。
工作原理：本发明在考虑实际加工的情况下将高波峰正弦波导2的耦合阻抗优势与低波峰正弦波导1的带宽优势相结合，降低加工难度的同时保证行波管放大信号的性能，相比于低波峰的正弦波导慢波结构具有更大的耦合阻抗，相比于高波峰的正弦波导慢波结构具有更宽的带宽并且更易于加工。
以上的具体实施方式，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 (10)

1.一种新型行波管慢波结构，包括正弦波导结构，其特征是，所述正弦波导结构包括高波峰正弦波导(2)和低波峰正弦波导(1)；
所述高波峰正弦波导(2)的高度大于低波峰正弦波导(1)的高度；
所述低波峰正弦波导(1)的宽度大于高波峰正弦波导(2)的宽度，且低波峰正弦波导(1)与高波峰正弦波导(2)的重叠宽度等于高波峰正弦波导(2)的宽度；
所述高波峰正弦波导(2)与低波峰正弦波导(1)的周期长度和电子注通道相同；
其中，高波峰正弦波导(2)在低波峰正弦波导(1)的基础上继续镂空加工形成。
2.根据权利要求1所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低波峰正弦波导(1)超出高波峰正弦波导(2)的宽度部分对称分布在高波峰正弦波导(2)的宽度方向两侧。
3.根据权利要求1所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低波峰正弦波导(1)和高波峰正弦波导(2)沿宽度方向等分，且低波峰正弦波导(1)等分后的单元波导与高波峰正弦波导(2)等分后的单元波导交替分布。
4.根据权利要求1所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低波峰正弦波导(1)、高波峰正弦波导(2)的波峰处均呈相应尺寸的圆角设置。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种新型行波管慢波结构的加工方法，其特征是，包括以下步骤：
先使用直径大的刀具镂空加工形成低波峰正弦波导(1)；
再使用直径小的刀具在低波峰正弦波导(1)的基础上继续镂空加工形成高波峰正弦波导(2)；
两次镂空加工的低波峰正弦波导(1)、高波峰正弦波导(2)构成正弦波导结构。
6.一种新型行波管慢波结构，包括交错双栅波导结构，其特征是，所述交错双栅波导结构包括高柱状波导结构(4)和低柱状波导结构(3)；
所述高柱状波导结构(4)的高度大于低柱状波导结构(3)的高度；
所述低柱状波导结构(3)的宽度大于高柱状波导结构(4)的宽度，且低柱状波导结构(3)与高柱状波导结构(4)的重叠宽度等于高柱状波导结构(4)的宽度；
所述高柱状波导结构(4)与低柱状波导结构(3)的周期长度和电子注通道相同；
其中，高柱状波导结构(4)在低柱状波导结构(3)的基础上继续镂空加工形成。
7.根据权利要求6所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低柱状波导结构(3)超出高柱状波导结构(4)的宽度部分对称分布在高柱状波导结构(4)的宽度方向两侧。
8.根据权利要求6所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低柱状波导结构(3)和高柱状波导结构(4)沿宽度方向等分，且低柱状波导结构(3)等分后的单元波导与高柱状波导结构(4)等分后的单元波导交替分布。
9.根据权利要求6所述的一种新型行波管慢波结构，其特征是，所述低柱状波导结构(3)和高柱状波导结构(4)的截面均为矩形、梯形中的任意组合。
10.如权利要求6-9任意一项所述的一种新型行波管慢波结构的加工方法，其特征是，包括以下步骤：
先使用直径大的刀具镂空加工形成低柱状波导结构(3)；
再使用直径小的刀具在低柱状波导结构(3)的基础上继续镂空加工形成高柱状波导结构(4)；
两次镂空加工的低柱状波导结构(3)、高柱状波导结构(4)构成交错双栅波导结构。
CN202111592806.0A 2021-12-23 2021-12-23 一种新型行波管慢波结构 Active CN114256040B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111592806.0A CN114256040B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种新型行波管慢波结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111592806.0A CN114256040B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种新型行波管慢波结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114256040A CN114256040A (zh) 2022-03-29
CN114256040B true CN114256040B (zh) 2023-03-14

Family

ID=80794728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111592806.0A Active CN114256040B (zh) 2021-12-23 2021-12-23 一种新型行波管慢波结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114256040B (zh)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL237015A (zh) * 1958-03-12
GB1175544A (en) * 1966-06-11 1969-12-23 English Electric Valve Co Ltd Improvements in or relating to Travelling Wave Tubes
US3716745A (en) * 1971-07-22 1973-02-13 Litton Systems Inc Double octave broadband traveling wave tube
CA984474A (en) * 1972-03-16 1976-02-24 Andrew Corporation Corrugated waveguide
US3958147A (en) * 1975-06-06 1976-05-18 Hughes Aircraft Company Traveling-wave tube with improved periodic permanent magnet focusing arrangement integrated with coupled cavity slow-wave structure
GB2128110B (en) * 1982-10-06 1986-01-29 English Electric Valve Co Ltd Improvements in or relating to coupled cavity travelling wave tubes
US6747412B2 (en) * 2001-05-11 2004-06-08 Bernard K. Vancil Traveling wave tube and method of manufacture
US8232748B2 (en) * 2009-01-26 2012-07-31 Accuray, Inc. Traveling wave linear accelerator comprising a frequency controller for interleaved multi-energy operation
CN101572205B (zh) * 2009-06-10 2011-08-24 电子科技大学 一种曲折双脊波导慢波线
CN105513927B (zh) * 2015-12-30 2018-07-06 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种余弦栅加载折叠波导慢波结构
CN109143153A (zh) * 2018-05-22 2019-01-04 电子科技大学 一种基于稀疏重构的超嵌套阵列波达方向估计方法
CN109273336A (zh) * 2018-08-28 2019-01-25 深圳大学 一种具有正弦函数轮廓的交错栅慢波结构
CN113113279B (zh) * 2021-04-15 2022-03-25 电子科技大学 一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构
CN113725054A (zh) * 2021-09-14 2021-11-30 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种分段正弦波导慢波结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN114256040A (zh) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101572205B (zh) 一种曲折双脊波导慢波线
CN108962706B (zh) 一种介质交错双栅慢波结构
CN113113279B (zh) 一种余弦栅加载类正弦波导慢波结构
CN113113278A (zh) 一种类梯形交错双栅慢波结构
CN202352608U (zh) 一种渐变脊加载曲折波导慢波线
CN106803473A (zh) 一种0.34THz行波管
CN101651074B (zh) 一种脊加载曲折波导慢波线
CN110752131B (zh) 一种具有三角函数轮廓的多电子注通道慢波结构
CN202855699U (zh) 一种曲折波导慢波线
CN114256040B (zh) 一种新型行波管慢波结构
CN210984686U (zh) 一种矩形框-双杆慢波结构
CN110459453B (zh) 一种圆顶梯形交错双栅慢波结构
CN102915898B (zh) 一种曲折波导慢波线
CN116313698A (zh) 一种宽带折叠全金属慢波结构
CN109994350B (zh) 一种h面插入型矩形波导到交错双栅的能量耦合装置
CN102324363A (zh) 一种脊加载曲折矩形槽波导慢波线
CN104064423A (zh) 新型带状电子束行波管输出结构
CN103824738A (zh) 一种速调管输出谐振腔
CN108091533B (zh) 一种双频振荡器
CN113161216B (zh) 一种紧凑型双共焦波导回旋行波管输入耦合器
CN110706992B (zh) 双电子注通道正弦波导慢波结构
CN111128646A (zh) 一种矩形框-双杆慢波结构
CN111180297B (zh) 一种双频带微带线慢波结构
CN202167447U (zh) 曲折加脊矩形槽波导慢波线
CN114783847B (zh) 基于交错双栅和曲折波导的新型慢波结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant