CN114530359A - 一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，包括：管壳和同轴多通道悬置微带线慢波结构；电子注位于圆柱形管壳的轴心，并沿轴心传输；多通道的悬置微带线慢波结构位于圆柱电子注的四周，沿轴对称，故而称为同轴多通道悬置微带线慢波结构；电子注在中心通过时与每一个悬置微带线慢波结构发生互作用，实现慢波结构上传输电磁波的放大。

Description

一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管
技术领域
本发明属于微波真空电子技术领域，更为具体地讲，涉及一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管。
背景技术
行波管作为应用最为广泛的一类微波电真空器件，在雷达、电子对抗、通信、测量、微波遥感等众多领域有着广泛的应用。
行波管的基本结构包括电子枪、聚焦系统、慢波系统、输入输出结构和收集极。行波管慢波系统的设计直接决定了行波管的工作带宽、输出功率、效率等性能特点。慢波系统主要包含螺旋线及其变形结构和耦合腔及其变形结构。螺旋线型行波管的优势是宽频带、高增益，但由于损耗大、散热弱等原因不适用于高频段。耦合腔型行波管具有很高的功率和增益，可应用于V波段及以上频带，缺点是工作频带窄、加工难度高。
随着科技工艺水平飞速发展，对常规行波管提出了小型化、重量轻、加工工艺简单等更高要求。以射频电路中微带线结构为原型，逐渐发展出微带类慢波结构，它是极具代表性的一种平面型慢波结构。基于微带型慢波结构，提出平面行波管，具有体积小、成本低、和现有PCB容易兼容等优势，得到了快速的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，各通道可以对输入的不同信号实现独立放大以及输出功率的合成。
为实现上述发明目的，本发明一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，其特征在于，包括：管壳和同轴多通道悬置微带线慢波结构；
所述管壳采用金属圆波导外壳，用于同轴多通道悬置微带线慢波结构的真空密封，电子注位于管壳的轴心，沿轴心传输；
所述同轴多通道悬置微带线慢波结构由多个矩形薄片状介质支撑结构组成，在每一个矩形薄片状介质支撑结构上，通过光刻制作微带线慢波结构，矩形薄片状介质支撑结构的两端连接外壳，因为矩形薄片状介质支撑结构和外壳之间存在间隙，从而使每个微带线慢波结构呈现悬置状态；所有的微带线慢波结构均匀地分配在管壳的内壁四周，并沿管壳中心轴对称，每个通道中的微带线慢波结构都有独立的输入和输出端口；
电磁波从每个通道中微带线慢波结构的输入端口输入，沿微带线慢波结构传输，电子注在管壳中心轴线通过时与每一根微带线慢波结构上传输的电磁波发生互作用，此时，电子将能量交给电磁波，从而形成放大后的电磁波，并从输出端口输出；那么每一个通道的电磁波，即每个微带线传输的电磁波都进行放大输出，故而形成多通道的电磁波的放大输出。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，包括：管壳和同轴多通道悬置微带线慢波结构；电子注位于圆柱形管壳的轴心，并沿轴心传输；多通道的悬置微带线慢波结构位于圆柱电子注的四周，沿轴对称，故而称为同轴多通道悬置微带线慢波结构；电子注在中心通过时与每一个悬置微带线慢波结构发生互作用，实现慢波结构上传输电磁波的放大。
同时，本发明一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管还具有以下有益效果：
(1)、本发明采用薄片状介质支撑结构(即基底材料)不仅要能够支撑慢波结构，而且要保证结构具有很好的散热能力，实现较大功率的电磁波输出；
(2)、现有的悬置微带线慢波结构都是平面慢波结构，而且采用带状电子注和慢波结构互作用；而本发明是采用位于圆心的圆形电子注与多个通道的悬置微带线互作用，外壳也采用同轴圆形，因此整体结构为同轴圆形，且整体结构轻便；
(3)、和现有的慢波结构对比，本发明采用多套慢波结构和介质支撑，可以在一个行波管中实现不同频率信号的同时放大和功率合成，而多组功率合成的优点使其能够在高功率相控阵雷达、宽带小型化电子对抗系统和通信系统中得到很好的应用；
(4)、本发明由单个圆柱形电子注进行驱动，减小了电源的体积、重量以及复杂性；同时，圆柱形电子注也易于实现较高电流密度，通过外加圆形周期聚焦磁场，易于实现电子注的聚焦，从而能够实现较大功率的输出。
附图说明
图1是本发明一种同轴三通道悬置微带线慢波结构行波管的三维模型图；
图2是同轴三通道U形悬置微带线单周期模型；
图3是同轴三通道U形悬置微带线和介质基板正面图；
图4是同轴三通道U形悬置微带线高频系统色散曲线图；
图5是同轴三通道U形悬置微带线高频系统S参数曲线图；
图6是同轴四通道V形悬置微带线单周期模型。
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。
实施例
图1是本发明一种同轴三通道悬置微带线慢波结构行波管的三维模型图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种同轴三通道悬置微带线慢波结构行波管，包括：管壳和同轴多通道悬置微带线慢波结构；
管壳采用金属圆波导外壳，用于同轴多通道悬置微带线慢波结构的真空密封，电子注位于管壳的轴心，沿轴心传输；
同轴多通道悬置微带线慢波结构由多个矩形薄片状介质支撑结构组成，在每一个矩形薄片状介质支撑结构上，通过光刻制作微带线慢波结构，矩形薄片状介质支撑结构的两端连接外壳，因为矩形薄片状介质支撑结构和外壳之间存在间隙，从而使每个微带线慢波结构呈现悬置状态；所有的微带线慢波结构均匀地分配在管壳的内壁四周，并沿管壳中心轴对称，每个通道中的微带线慢波结构都有独立的输入和输出端口；
在本实施例中，由于微带线慢波结构位于介质支撑片上，故而微带线慢波结构可以和和介质支撑片一起采用光刻、FIB等的先进加工方式加工，加工精度高。
在本实施例中，支撑微带线慢波结构所采用的基底的材料可以是金刚石(Diamond，相对介电常数为5.68)，石英(相对介电常数为2.5)，氮化硼(相对介电常数为4.0)，陶瓷(相对介电常数为9)，蓝宝石(相对介电常数为9.4)，或其他厂商生产的标准基板，如罗杰斯基板5880(相对介电常数为2.2)。
另外，微带线慢波结构是平面慢波结构，可以是U形、V形微带线及衍生变形，或交叉指状线结构。材料为导体，常规采用钨丝，本发明中可以采用钨、铼、铜、金、钛、镍、及其合金。
电磁波从每个通道中微带线慢波结构的输入端口输入，沿微带线慢波结构传输，电子注在管壳中心轴线通过时与每一根微带线慢波结构上传输的电磁波发生互作用，此时，电子将能量交给电磁波，从而形成放大后的电磁波，并从输出端口输出；那么每一个通道的电磁波，即每个微带线传输的电磁波都进行放大输出，故而形成多通道的电磁波的放大输出。
在本实施例中，如图2所示，以同轴三通道U形悬置微带线单周期模型为例，包括三套轴对称悬置型微带线，其中基底采用金刚石，慢波结构采用铜，外壳采用镍铜合金。a为金属微带线的宽度；b为金属微带线的厚度；h是微带线拉伸段长度；x与y分别为金属外壳的长度和宽度；sx与sy分别为基底的长度和厚度；diameter表示的是真空腔直径；p是模型的单周期长度。参数的具体值见表1，可以看到该例中金属微带线的厚度为25μm，基底长度180μm，基底高度20μm；微带线周期长度为80μm，电子注采用圆形电子注，电子注直径100um，外壳内半径160mm。
结构参数 参数值(mm)
a 0.013
b 0.025
x 0.800
y 0.800
p 0.080
h 0.100
sx 0.180
sy 0.020
diameter 0.160
表1
在图1中对微带线及其基底、六个端口各自进行了标记，其中输入端口port1和输出端口2、输入端口3和输出端口4、输入端口5和输出端口6分别为一组输入输出端口。也就是说这种新型的悬置型微带线行波管共具有三组独立的输入输出结构。
同轴三通道U形悬置微带线和介质基板正面图如图3所示，对其冷测特性进行仿真，得到色散特性曲线和S参数曲线分别如图4、图5所示。
图6是四通道同轴悬置微带线的应用范例，可以看到该例中金属微带线的厚度20um，宽度为25μm，薄片状支撑结构(基底)长度80μm，基底高度15μm；微带线周期长度为80μm，电子注采用圆形电子注，电子注直径120um，外壳内半径200mm，该四通道同轴悬置微带线行波管能够实现W波段信号放大。
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 (4)

1.一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，其特征在于，包括：管壳和同轴多通道悬置微带线慢波结构；
所述管壳采用金属圆波导外壳，用于同轴多通道悬置微带线慢波结构的真空密封，电子注位于管壳的轴心，沿轴心传输；
所述同轴多通道悬置微带线慢波结构由多个矩形薄片状介质支撑结构组成，在每一个矩形薄片状介质支撑结构上，通过光刻制作微带线慢波结构，矩形薄片状介质支撑结构的两端连接外壳，因为矩形薄片状介质支撑结构和外壳之间存在间隙，从而使每个微带线慢波结构呈现悬置状态；所有的微带线慢波结构均匀地分配在管壳的内壁四周，并沿管壳中心轴对称，每个通道中的微带线慢波结构都有独立的输入和输出端口；
电磁波从每个通道中微带线慢波结构的输入端口输入，沿微带线慢波结构传输，电子注在管壳中心轴线通过时与每一根微带线慢波结构上传输的电磁波发生互作用，此时，电子将能量交给电磁波，从而形成放大后的电磁波，并从输出端口输出；那么每一个通道的电磁波，即每个微带线传输的电磁波都进行放大输出，故而形成多通道的电磁波的放大输出。
2.根据权利要求1所述的一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，其特征在于，所述矩形薄片状介质支撑结构的材料为相对介电常数为5.68的金刚石或相对介电常数为2.5的石英或相对介电常数为4.0的氮化硼或相对介电常数为9的陶瓷或相对介电常数为9.4蓝宝石或相对介电常数为2.2的罗杰斯基板。
3.根据权利要求1所述的一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，其特征在于，所述微带线慢波结构是平面慢波结构，形状为U形或V形微带线或交叉指状线结构；其材料采用钨、铼、铜、金、钛、镍、及其合金中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种同轴多通道悬置微带线慢波结构行波管，其特征在于，所述同轴多通道悬置微带线慢波结构采用位于圆心的圆形电子注，和多个通道的悬置微带线互作用，管壳也采用同轴圆形，故而外加圆形周期聚焦磁场，实现电子注的聚焦。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115064426A (zh) * 2022-06-06 2022-09-16 北京航空航天大学 基于微纳工艺的高精度对准装配方法、对准标记和应用

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072877A (en) * 1976-07-30 1978-02-07 English Electric Valve Co., Ltd. Travelling wave tubes
US5397395A (en) * 1990-10-29 1995-03-14 Canon Kabushiki Kaisha Method of continuously forming a large area functional deposited film by microwave PCVD and apparatus for the same
EP1162641A1 (en) * 2000-06-09 2001-12-12 The Boeing Company Travelling wave tube and method for fabricating three dimensional travelling wave tube circuit elements using photolithography
EP2034507A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-11 Galileo Avionica S.p.A. Travelling-wave-tube wide band amplifier and corresponding method of fabrication
CN101728182A (zh) * 2008-10-24 2010-06-09 中国科学院电子学研究所 一种椭圆形带状注电子枪结构
CN102074439A (zh) * 2010-12-19 2011-05-25 电子科技大学 一种角向加载螺旋线的圆波导慢波结构
CN202120859U (zh) * 2011-06-07 2012-01-18 电子科技大学 圆弧形微带曲线平面慢波器件
US8242696B1 (en) * 2008-10-31 2012-08-14 Ruey-Jen Hwu Vacuum electronic device
CN105513928A (zh) * 2016-01-04 2016-04-20 电子科技大学 一种平面槽线的慢波结构
CN108389766A (zh) * 2018-03-01 2018-08-10 电子科技大学 一种微带周期曲折线慢波结构
CN108682607A (zh) * 2018-05-03 2018-10-19 电子科技大学 一种波纹外壳u型微带慢波结构
CN112466731A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 中国舰船研究设计中心 一种微带曲折线慢波结构

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072877A (en) * 1976-07-30 1978-02-07 English Electric Valve Co., Ltd. Travelling wave tubes
US5397395A (en) * 1990-10-29 1995-03-14 Canon Kabushiki Kaisha Method of continuously forming a large area functional deposited film by microwave PCVD and apparatus for the same
EP1162641A1 (en) * 2000-06-09 2001-12-12 The Boeing Company Travelling wave tube and method for fabricating three dimensional travelling wave tube circuit elements using photolithography
EP2034507A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-11 Galileo Avionica S.p.A. Travelling-wave-tube wide band amplifier and corresponding method of fabrication
CN101728182A (zh) * 2008-10-24 2010-06-09 中国科学院电子学研究所 一种椭圆形带状注电子枪结构
US8242696B1 (en) * 2008-10-31 2012-08-14 Ruey-Jen Hwu Vacuum electronic device
CN102074439A (zh) * 2010-12-19 2011-05-25 电子科技大学 一种角向加载螺旋线的圆波导慢波结构
CN202120859U (zh) * 2011-06-07 2012-01-18 电子科技大学 圆弧形微带曲线平面慢波器件
CN105513928A (zh) * 2016-01-04 2016-04-20 电子科技大学 一种平面槽线的慢波结构
CN108389766A (zh) * 2018-03-01 2018-08-10 电子科技大学 一种微带周期曲折线慢波结构
CN108682607A (zh) * 2018-05-03 2018-10-19 电子科技大学 一种波纹外壳u型微带慢波结构
CN112466731A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 中国舰船研究设计中心 一种微带曲折线慢波结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王战亮;王禾欣;许多;何腾龙;李新义;巩华荣;路志刚;段兆云;魏彦玉;宫玉彬;: "平面化慢波结构行波管的研究" *
路志刚;葛卫华;温瑞东;苏志成;朱美玲;丁科森;王战亮;唐涛;: "W波段带状注耦合腔慢波结构行波管的设计与冷测（英文）" *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115064426A (zh) * 2022-06-06 2022-09-16 北京航空航天大学 基于微纳工艺的高精度对准装配方法、对准标记和应用

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