CN115547789A - 一种慢波电路、电磁波处理方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及微波真空电子技术领域，尤其涉及一种慢波电路、电磁波处理方法及相关设备。该慢波电路包括第一腔体以及在该第一腔体的第一内平面上设置的沿第一预设方向依次排列的N1个第一光子晶体柱和在这N1个第一光子晶体柱的两侧依次排列的N2个第二光子晶体柱。这里，第一光子晶体柱的高度小于第二光子晶体柱的高度。第一预设方向为第一腔体内的电磁波和电子束的行进方向。该慢波电路可基于在第一腔体内传输的第一电子束对在第一腔体内传输的第一电磁波进行功率放大，并输出功率放大的第二电磁波和功率衰减的第二电子束。采用本申请提供的慢波电路，可提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压。

Description

一种慢波电路、电磁波处理方法及相关设备

技术领域

本申请涉及微波真空电子技术领域，尤其涉及一种慢波电路、电磁波处理方法及相关设备。

背景技术

相对于固态电子器件而言，行波管(traveling wave tube，TWT)具有宽频带、高增益和长寿命等突出优点。所以，行波管在卫星通信或者雷达之类的无线通信系统中的使用频率和使用范围日益递增。所谓的行波管，指代的是可通过连续调制电子束的速度来实现放大功能的一种真空电子器件。在行波管中，电子束同慢波结构(slow wave structure，SWS)(又可称为慢波电路，后文将以慢波电路统一描述)中行进的电磁波发生相互作用，电子束可将其动能转换给电磁波，从而完成对电磁波的功率放大。作为行波管的核心部件，慢波电路的特性可直接决定行波管的性能。例如，不同结构的慢波电路可使得行波管的工作电压和工作带宽也不相同。随着行波管向太赫兹(即THz)波段发展，慢波电路的尺寸要求越来越小，而尺寸的减少则会降低慢波电路的性能，进而限制了行波管在太赫兹波段上的应用。因此，如何设计出小尺寸且高性能的慢波电路已经成为当前一大研究热点。

现有技术中，通常将基于光子晶体负载的交错双栅结构或者基于光子晶体负载的折叠波导结构的慢波电路应用于太赫兹波段的行波管。但是，这些结构的慢波电路都存在工作带宽窄、工作电压高和装配精度要求高等问题，对行波管的性能存在着很大的影响。因此，一种高性能的慢波电路亟待被提出。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种慢波电路、电磁波处理方法及相关设备，采用本申请提供的慢波电路，可提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

第一方面，本申请提供的一种慢波电路。所述慢波电路包括：第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱。其中，所述N1个第一光子晶体柱沿第一预设方向依次排列且所述N2个第二光子晶体柱在所述N1个第一光子晶体柱的两侧依次排列。所述第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度小于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。所述第一预设方向为所述慢波部件内的电磁波和电子束的行进方向，所述第二预设方向与所述第一内平面垂直，N1为大于或者等于1的正整数，N2为大于或者等于2的正整数。在实际使用过程中，所述第一腔体用于接收并传输第一电磁波和第一电子束。所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱用于在降低所述第一电磁波的相速的同时基于所述第一电子束对所述第一电磁波进行功率放大，以使得所述第一腔体输出第二电磁波和第二电子束，其中，所述第二电磁波的相速低于所述第一电磁波的相速，所述第二电磁波的功率大于所述第一电磁波的功率，所述第二电子束的功率小于所述第一电子束的功率。

在上述实现中，慢波电路的第一腔体的第一内平面上规则排列有高度不同的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，由于高度的不同使得N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱形成了一种特殊的缺陷结构。一方面，这种由多个规则排列的光子晶体柱构成的缺陷结构可显著的降低在第一腔体中的传输第一电磁波的相速，可使得第一电磁波能够在第一腔体中以较低的相速传输，这也就可以降低慢波电路对第一电子束的工作电压的要求。另一方面，由于第一腔体支持的传输模式是由上述N1个第一光子晶体柱在光子晶体带隙中产生的新的传输模式，使得该模式不会受到光子晶体带隙的影响，从而使得慢波电路可具有较宽的工作带宽。由于采用上述结构的慢波电路具有较宽的工作带宽，并且可以与较低电压的电子束互作用，因此该慢波电路的工作带宽大且工作电压小。所以，采用这样的慢波电路，可以提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

结合第一方面，在一些可行的实现方式中，所述N1个第一光子晶体柱中每个第一光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N2个第二光子晶体柱所遮挡，所述N1个第一光子晶体柱中每个第一光子晶体柱的尺寸相同，所述N2个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱的尺寸相同。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱在所述第一内平面上形成N3个光子晶体阵列。所述N3个光子晶体阵列在所述第一预设方向上依次排列，一个光子晶体阵列中包括一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体，所述至少两个第二光子晶体在所述一个第一光子晶体的两侧依次排列。其中，N3为大于或者等于1的正整数。

在上述实现中，将N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱以N3个结构相同的光子晶体阵列的形式排列在第一内平面上，可使得慢波电路的结构更具有规律性，这样一方面可便于慢波电路的设计与生产，另一方面也可通过光子晶体阵列的个数来灵活的调节慢波电路的性能，可提升慢波电路的功能灵活性。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为弓形阵列并且所述弓形阵列的开口方向为所述第一预设方向，或者，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为直线型阵列。其中，所述第三预设方向与所述第一预设方向垂直并且与所述第一内平面平行。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第一光子晶体柱和所述第二光子晶体柱为矩形柱体，所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度的一半，所述第一光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度等于所述第二光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度的三分之二，所述第一光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度等于所述第二光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第一腔体还包含第二内平面，所述第二内平面与所述第一内平面平行，所述第二内平面与所述第一内平面在所述第二预设方向上的距离等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述慢波电路包括慢波部件和第一波导转换部件，所述慢波部件包括所述第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，所述第一波导转换部件与所述慢波部件相连接。在实际使用过程中，在第一电磁波的传输模式为第一传输模式的情况下，所述第一波导转换部件用于将接收到的所述第一电子束传输至所述慢波部件，将接收到的第二传输模式的源电磁波转换成所述第一电磁波，并将所述第一电磁波传输至所述慢波部件，其中，所述第一传输模式与所述第二传输模式不同。所述慢波部件用于将接收到的所述第一电磁波和第一电子束转换成所述第二电磁波和所述第二电子束并输出。

在上述实现中，通过第一波导转换部件将慢波电路接收到的第二传输模式的源电磁波转换成由上述第一腔体、在第一腔体的第一内平面上设置的N1的第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱所构成的慢波部件所支持的第一传输模式的第一电磁波，可使得慢波电路能够完成对不同传输模式的电磁波的功率放大，可提升慢波电路的功能灵活性和适用性。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第一波导转换部件内设有第二腔体，所述第二腔体的第三内平面与所述第一预设方向平行，所述第三内平面上设置有N4个第三光子晶体柱和N5个第二光子晶体柱。其中，所述N4个第三光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N5个第二光子晶体柱在所述N4个第三光子晶体柱的两侧依次排列。所述N4个第三光子晶体柱中各第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递增。所述N4个第三光子晶体柱中高度最大的第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。所述N5个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同。N4和N5为大于或者等于2的正整数。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述N4个第三光子晶体柱中的每个第三光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N5个第二光子晶体柱所遮挡。

在上述实现中，通过在第二腔体的第三内平面上布设N4个第三光子晶体柱和N5个第二光子晶体柱实现第一波导转换部件，一方面可使得第一波导转换部件结构简单且器件稳定性好，另一方面也可使得所述第一波导转换部件与慢波部件在结构较为相似，兼容性好。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第二腔体的形状由进入所述第一波导转换部件的电磁波的传输模式和所述第一波导转换部件输出的电磁波的传输模式共同决定。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述慢波电路还包括第二波导转换部件，所述第二波导转换部件与所述慢波部件相连接。在实际使用时，所述第二波导转换部件用于传导并输出所述第二电子束，同时还用于将所述第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波，并输出所述第三电磁波。其中，所述第三传输模式与所述第一传输模式不相同。

在上述实现中，通过第二波导转换部件将慢波部件输出的第一传输模式的第二电磁波转换成不同的第三传输模式的第三电磁波并输出，这样可使得慢波电路能够输出不同传输模式的经过功率放大后电磁波，可进一步提升慢波电路的功能灵活性和适用性。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第二波导转换部件内设有第三腔体，所述第三腔体的第四内平面与所述第一预设方向平行，所述第四内平面上设置有N6个第四光子晶体柱和N7个第二光子晶体柱。其中，所述N6个第四光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N7个第二光子晶体柱在所述N6个第四光子晶体柱的两侧依次排列。所述N6个第四光子晶体柱中各第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递减。所述N6个第四光子晶体柱中高度最大的、第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述N7个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同，N6和N7为大于或者等于2的正整数。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述N6个第四光子晶体柱中的每个第四光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N7个第二光子晶体柱所遮挡。

在上述实现中，通过在第三腔体的第四内平面上布设N6个第三光子晶体柱和N7个第二光子晶体柱来实现第二波导转换部件，一方面可使得第二波导转换部件结构简单且器件稳定性好，另一方面也可使得第二波导转换部件与慢波部件在结构较为相似，兼容性好。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第三腔体的形状由进入所述第二波导转换部件的电磁波的传输模式和所述第二波导转换部件输出的电磁波的传输模式决定。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述慢波电路还包括第一电磁接口和第二电磁接口，所述第一电磁接口与所述第一波导转换部件以及所述慢波电路外接的第一波导相连接，所述第二电磁接口与所述第二转换波导部件以及所述慢波电路外接的第二波导相连接。所述第一电磁接口内设有第一电子束通道和第一电磁波通道，所述第二电磁接口内设有第二电子束通道和第二电磁波通道。在实际使用时，所述第一电子束通道用于从所述慢波电路的外部接收所述第一电子束并将所述第一电子束传输至所述第一波导转换部件。所述第一电磁波通道用于从所述第一波导接收所述源电磁波，并将所述源电磁波传输至所述第一波导转换部件。所述第二电子束通道用于从所述第二波导转换部件接收所述第二电子束并将所述第二电子束传输至所述慢波电路的外部。所述第二电磁波通道用于从所述第二波导转换部件接收所述第三电磁波，并将所述第三电磁波传输至所述第二波导。

结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述第一波导和所述第二波导为标准矩形波导。所述第一波导转换部件的第二腔体和所述第二波导转换部件第三腔体与所述第一预设方向和第三预设方向平行的截面为等边梯形，所述截面靠近所述慢波部件的一侧的边长小于所述截面靠近所述第一电磁接口和或者所述第二电磁接口的一侧的边长。

结合第一方面，在第一种可行的实现方式中，所述第一腔体与所述第一预设方向和所述第三预设方向平行的截面为矩形。

第二方面，本申请实施例还提供了一种电磁波处理方法，该方法适用于上述第一方面提供的慢波电路。所述慢波电路包括：第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱。其中，所述N1个第一光子晶体柱沿第一预设方向依次排列，所述N2个第二光子晶体柱在所述N1个第一光子晶体柱的两侧依次排列，所述第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度小于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述第一预设方向为所述慢波部件内的电磁波和电子束的行进方向，所述第二预设方向与所述第一内平面垂直.N1为大于或者等于1的正整数，N2为大于或者等于2的正整数。可通过所述第一腔体接收第一电磁波和第一电子束。通过所述N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱在降低所述第一电磁波的相速的同时基于所述第一电子束对所述第一电磁波进行功率放大，以使得所述第一腔体输出第二电磁波和第二电子束，其中，所述第二电磁波的相速低于所述第一电磁波的相速，所述第二电磁波的功率大于所述第一电磁波的功率，所述第二电子束的功率小于所述第一电子束的功率。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述N1个第一光子晶体柱中每个第一光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N2个第二光子晶体柱所遮挡。所述N1个第一光子晶体柱中每个第一光子晶体柱的尺寸相同，所述N2个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱的尺寸相同。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱在所述第一内平面上形成N3个光子晶体阵列。所述N3个光子晶体阵列在所述第一预设方向上依次排列。一个光子晶体阵列中包括一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体。所述至少两个第二光子晶体在所述一个第一光子晶体的两侧依次排列。N3为大于或者等于1的正整数。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为弓形阵列并且所述弓形阵列的开口方向为所述第一预设方向，或者，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为直线型阵列。其中，所述第三预设方向与所述第一预设方向垂直并且与所述第一内平面平行。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第一光子晶体柱和所述第二光子晶体柱为矩形柱体。所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度的一半。所述第一光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度等于所述第二光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度的三分之二。所述第一光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度等于所述第二光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第一腔体还包含第二内平面。所述第二内平面与所述第一内平面平行。所述第二内平面与所述第一内平面在所述第二预设方向上的距离等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中所述慢波电路包括慢波部件和第一波导转换部件，所述慢波部件包括所述第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，所述第一波导转换部件与所述慢波部件相连接。在第一电磁波的传输模式为第一传输模式的情况下，可通过第一波导转换部件将接收到的所述第一电子束传输至所述慢波部件，将接收到的第二传输模式的源电磁波转换成所述第一电磁波，并将所述第一电磁波传输至所述慢波部件。其中，所述第一传输模式与所述第二传输模式不同。还可通过慢波部件将接收到的所述第一电磁波和第一电子束转换成所述第二电磁波和所述第二电子束并输出。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第一波导转换部件内设有第二腔体，所述第二腔体的第三内平面与所述第一预设方向平行。所述第三内平面上设置有N4个第三光子晶体柱和N5个第二光子晶体柱。其中，所述N4个第三光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N5个第二光子晶体柱在所述N4个第三光子晶体柱的两侧依次排列。所述N4个第三光子晶体柱中各第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递增。所述N4个第三光子晶体柱中高度最大的第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。所述N5个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同。N4和N5为大于或者等于2的正整数。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述N4个第三光子晶体柱中的每个第三光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N5个第二光子晶体柱所遮挡。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第二腔体的形状由进入所述第一波导转换部件的电磁波的传输模式和所述第一波导转换部件输出的电磁波的传输模式共同决定。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述慢波电路还包括第二波导转换部件，所述第二波导转换部件与所述慢波部件相连接。可通过所述第二波导转换部件传导并输出所述第二电子束，同时通过所述第二波导转换部件将所述第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波，并输出所述第三电磁波。其中，所述第三传输模式与所述第一传输模式不相同。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第二波导转换部件内设有第三腔体，所述第三腔体的第四内平面与所述第一预设方向平行。所述第四内平面上设置有N6个第四光子晶体柱和N7个第二光子晶体柱。其中，所述N6个第四光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N7个第二光子晶体柱在所述N6个第四光子晶体柱的两侧依次排列。所述N6个第四光子晶体柱中各第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递减。所述N6个第四光子晶体柱中高度最大的第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。所述N7个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同。N6和N7为大于或者等于2的正整数。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述N6个第四光子晶体柱中的每个第四光子晶体柱在所述第一预设方向上都不会被所述N7个第二光子晶体柱所遮挡。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第三腔体的形状由进入所述第二波导转换部件的电磁波的传输模式和所述第二波导转换部件输出的电磁波的传输模式决定。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述慢波电路还包括第一电磁接口和第二电磁接口。所述第一电磁接口与所述第一波导转换部件以及所述慢波电路外接的第一波导相连接，所述第二电磁接口与所述第二转换波导部件以及所述慢波电路外接的第二波导相连接。所述第一电磁接口内设有第一电子束通道和第一电磁波通道，所述第二电磁接口内设有第二电子束通道和第二电磁波通道。在通过所述第一波导转换部件将接收到的第一电子束传输至所述慢波部件，将接收到的第二传输模式的源电磁波转换成所述第一传输模式的第一电磁波之前，可通过所述第一电子束通道从所述慢波电路的外部接收所述第一电子束并将所述第一电子束传输至所述第一波导转换部件。还可通过所述第一电磁波通道从所述慢波电路外接的第一波导接收所述源电磁波，并将所述源电磁波传输至所述第一波导转换部件。在通过所述第二波导转换部件传导并输出所述第二电子束，同时通过所述第二波导转换部件将所述第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波之前，可通过所述第二电子束通道从所述第二波导转换部件接收所述第二电子束并将所述第二电子束传输至所述慢波电路的外部，还可通过所述第二电磁波通道从所述第二波导转换部件接收所述第三电磁波，并将所述第三电磁波传输至所述慢波电路外接的第二波导。

结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述第一波导和所述第二波导为标准矩形波导。所述第一波导转换部件的第二腔体和所述第二波导转换部件第三腔体与所述第一预设方向和第三预设方向平行的截面为等边梯形，所述截面靠近所述慢波部件的一侧的边长小于所述截面靠近所述第一电磁接口和/或所述第二电磁接口的一侧的边长。

结合第二方面，在第一种可行的实现方式中，所述第一腔体与所述第一预设方向和所述第三预设方向平行的截面为矩形。

第三方面，本申请实施例还提供了一种行波管。其包括：如上述第一方面中任一项所述的慢波电路，以及与所述慢波电路耦合的电子枪、磁聚焦系统和收集极。在实际使用中，所述电子枪用于生成并向所述慢波电路注入第一电子束，所述磁聚焦系统用于保持在所述慢波电路的中传输的第一电子束不发生形状变化，所述收集极用于接收所述慢波电路输出的第二电子束。

第四方面，本申请实施例还提供了一种电磁波处理设备。所述电磁波处理设备可包括第三方面所提供的行波管以及耦合于所述行波管的分立器件。

上述第二方面至第四方面提供的方案，用于实现或配合实现上述第一方面提供的慢波电路，因此可以与第一方面达到相同或相应的有益效果，此处不再进行赘述。

综上，采用本申请实施例提供的慢波电路及电磁波处理方法，可提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种慢波电路一结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种慢波电路一截面图；

图3是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图；

图4是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图；

图5是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图；

图6是本申请实施例提供的一种慢波电路一性能仿真结果图；

图7是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图；

图8是本申请实施例提供的一种慢波电路又一性能仿真结果图；

图9是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图；

图10是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件的结构示意图；

图11是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件一截面图；

图12是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件又一截面图；

图13是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图；

图14是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件的结构示意图；

图15是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件一截面图；

图16是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件又一截面图；

图17是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图；

图18是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图；

图19是本申请实施例提供的一种电磁波处理方法的流程示意图；

图20是本申请实施例提供的一种行波管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例提供的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

相对于固态电子器件而言，行波管具有宽频带、高增益和长寿命等突出优点。所以，行波管在诸如卫星通信或者雷达之类的无线通信系统中的一直是主要使用的微波放大器之一。所谓的行波管，指代的是可通过连续调制电子束的速度来实现放大功能的一种真空电子器件。在行波管中，电子束同慢波电路中行进的电磁波发生相互作用，电子束可将其动能转换给电磁波，从而完成对电磁波的功率放大。作为行波管的核心部件，慢波电路的特性可直接决定行波管的性能。例如，不同结构的慢波电路可使得行波管的工作电压和工作带宽也不相同。近些年来，随着加工工艺的进步以及各种新结构的慢波电路的提出，行波管的工作频率正在不断的向高频波段(如太赫兹波段)发展。而随着行波管向高频波段发展，慢波电路的尺寸要求越来越小，而尺寸的减少则会降低慢波电路的性能，进而限制了行波管在太赫兹波段上的应用。因此，如何设计出小尺寸且高性能的慢波电路已经成为当前一大研究热点。在现有的方案中，通常将基于光子晶体负载的交错双栅结构或者基于光子晶体负载的折叠波导结构的慢波电路应用于太赫兹波段的行波管。但是，这些结构的慢波电路都存在工作带宽窄、工作电压高和装配精度要求高等问题，对行波管的性能存在着很大的影响。

因此，本申请要解决的问题是：设计出一种高性能的慢波电路，以提升采用该慢波电路的行波管的带宽并降低该行波管的工作电压，以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

实施例一

请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种慢波电路一结构示意图。如图1所示，该慢波电路01可包括有第一壳体105，在该第一壳体105的内部设置有第一腔体101，并且该第一腔体101包括一个第一内平面102。这里，为了方便在空间结构上的说明，引入了一个三维的空间方位坐标系，该空间方位坐标系中包括有第一预设方向x、第二预设方向y和第三预设方向z。其中，该第一预设方向x即为该慢波电路01中电子束和电磁波的行进方向，并且该第一预设方向x与第一内平面102平行。上述第二预设方向y垂直于第一内平面102。上述第三预设方向z与第一内平面102平行且与上述第一预设方向x垂直。这里还需要说明的是，图1实际为慢波电路01的剖析图，为了方便理解，已经将第一壳体105拆分成了第一槽型底座1051和一个第一盖板1052，并且该第一槽型底座1051的内底面即为上述第一内平面102。这里需要理解到的是，在实际实现时，上述第一壳体105既可以是一体成型的结构，也可以是如图1所示的由独立的底座和独立的盖板盖合而成的，本申请对第一壳体105的结构不作具体限制。这里，上述第一腔体101与所述第一预设方向x和第三预设方向z平行的截面可以为矩形或者其他形状，本申请对此不作具体限制。

在上述第一内平面102上，设置有N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104。这里，N1为大于或者等于1的正整数，N2为大于或者等于2的正整数。上述N1个第一光子晶体柱103在第一内平面102上按照第一预设方向依次排列，并且上述N2个第二光子晶体柱104在N1个第一光子晶体柱103的两侧依次排列。特别的，上述N1个第一光子晶体柱103中的每个第一光子晶体柱在第一预设方向上都不会被N2个第二光子晶体柱104所遮挡。示例性的，请参见图2，图2是本申请实施例提供的一种慢波电路一截面图。这里，图2所示的是慢波电路01与第一预设方向x和第三预设方向z平行的截面。如图2所示，上述N1个第一光子晶体柱103会在第一预设方向上呈直线排列，从而在第一预设方向上形成一列第一光子晶体柱。而以这一列第一光子晶体柱为分界线，在这个分界线的两侧，又分别排列着N2个第二光子晶体柱104。这里，这N2个第二光子晶体柱104在N1个第一光子晶体柱103的两侧应该呈对称性的排列，并不会在第一预设方向对上述N1个第一光子晶体柱103中的任意一个第一光子晶体柱产生遮挡。如图2所示，在上述N1个第一光子晶体柱103的左侧分布有N2/2个第二光子晶体柱1042，这N2/2个第二光子晶体柱1042在第一预设方向成排列成两列第二光子晶体柱，这两列第二光子晶体柱与上述N1个第一光子晶体柱103所形成的一列第一光子晶体柱在第一预设方向上相互平行。同理，在上述N1个第一光子晶体柱103的右侧也分布有N2/2个第二光子晶体柱1041，这N2/2个第二光子晶体柱1041也在第一预设方向成排列成两列第二光子晶体柱，并且这两列第二光子晶体柱也与上述N1个第一光子晶体柱103所形成的一列第一光子晶体柱在第一预设方向上相互平行。可以看出，N2/2个第二光子晶体柱1041和N2/2个第二光子晶体柱1042在位置上是以N1个第一光子晶体柱103为对称线相互对称的。这里需要说明的是，图2仅是示例性的给出了N2个第二光子晶体柱104的排列方式，在实际实现中，上述N2个第二光子晶体柱104也可以以其他的形式对称性的排列在N1个第一光子晶体柱103的两侧，本申请对此不作具体限制。

另外，在尺寸大小上，而上述N1个第一光子晶体柱103中的每个第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度要小于上述N2个第二光子晶体柱104中的每个第二光子晶体柱在第二预设方向上的高度。可选的，上述N1个第一光子晶体柱103中的每个第一光子晶体柱的尺寸完全相同，上述N2个第二光子晶体柱104中的每个第二光子晶体柱的尺寸也完全相同。这里需要说明的是，针对第一平面上的第一光子晶体柱和第二光子晶体柱，本申请仅要求第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度要小于第二光子晶体柱在第二预设方向上的高度，对第一光子晶体柱和第二光子晶体柱在其他方向(如第一预设方向x和第三预设方向z)上的尺寸则不作严格要求。示例性的，请参见图3，图3是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图。图3为慢波电路01与第二预设方向y和第三预设方向z平行的截面图。如图3所示，以第一光子晶体柱1031和第二光子晶体柱1043为例，第一光子晶体柱1031在第二预设方向y上的高度为h1，第二光子晶体柱1043在第二预设方向y上的高度为h2，h1应该小于h2。在空间位置上，如图3所示，由于第一光子晶体柱在第二预设方向y上的高度小于第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度，因此，上述N1个第一光子晶体柱103上方与第一壳体105之间会存在一个空间通道，这个空间通道即可供电子束和电磁波在其中穿行，而这个空间通道即为第一腔体101中的电子束通道(这里，为了方便区别，下文将以第三电子束通道代替描述)。

在实际工作时，第一腔体101可接收慢波电路01提供的第一电磁波和第一电子束，并约束该第一电磁波和第一电子束在上述第三电子束通道中穿行。可选的，该第一电磁波为太赫兹波段的电磁波。在第一电磁波和第一电子束在第三电子束通道中穿行的时候，上述N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104可降低第一电磁波的相速，同时还可基于第一电子束对第一电磁波进行功率放大，以使得上述第一腔体101输出第二电磁波和第二电子束。这里，所述第二电磁波的相速低于所述第一电磁波的相速，所述第二电磁波的功率大于所述第一电磁波的功率，所述第二电子束的功率小于所述第一电子束的功率。这里需要说明的是，N1个第一光子晶体柱103与N2个第二光子晶体柱104构成了一种特别的缺陷结构。由于规律排列的光子晶体柱本身就可以降低电磁波的相速，所以这种缺陷结构可以使得第一电磁波的相速得到有效的降低。此外，这种缺陷结构可使得第一电磁波的传输模式具有较强的纵向电场分量，从而使得第一电磁波在传输过程中可与第一电子束产生能量交换，第一电子束的动能即可转换成第一电磁波的功率，从而完成对第一电磁波的功率的放大。所以，慢波电路01可通过上述第一腔体、N1个第一光子晶体柱103以及N2个第二光子晶体柱104得到功率放大的第二电磁波和能量衰减(即功率减小的)第二电子束。

在上述实现中，慢波电路01中包括了第一腔体以及在第一腔体的第一内平面102上规则排列的N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104，由于高度的不同使得N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104形成了一种特殊的缺陷结构。一方面，这种由多个规则排列的光子晶体柱构成的缺陷结构可显著的降低第一腔体101中的传输的第一电磁波的相速，可使得第一电磁波能够在第一腔体101中以较低的相速传输，这也就可以降低慢波电路01对第一电子束的工作电压的要求。另一方面，由于第一腔体101支持的传输模式是由上述N1个第一光子晶体柱在光子晶体带隙中产生的新的传输模式，使得该模式不会受到光子晶体带隙的影响，从而可以使得慢波电路01可具有较宽的工作带宽。由于采用上述结构的慢波电路01具有较宽的工作带宽，并且可以与较低电压的电子束互作用，因此该慢波电路01的工作带宽大且工作电压小。所以，采用这样的慢波电路01，可以提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

可选的，上述第一腔体101还可包含有第二内平面，这个第二内平面与第一内平面102平行，并且第二内平面与第一内平面102在第二预设方向y上的距离应等于上述第一内平面101上的第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度。也就是说，在第一腔体101内，第二光子晶体柱的两端都应该贴合于第一腔体101的内壁上。这里，结合图1所示的第一腔体101的结构，上述第二内平面即可以是第一盖板1052上朝向第一内平面101的内表面。

在一些可行的实现方式中，上述N1个第一光子晶体柱103和上述N2个第二光子晶体柱104会以N3个光子晶体阵列的形式排列在上述第一内平面102上。N3为大于或者等于1的正整数。这N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列的结构都是相同的。这N3个光子晶体阵列在第一内平面102上按照第一预设方向x依次排列。这N3个光子晶体阵列中的任意两个相邻的光子晶体阵列在第一预设方向x上的距离都相同。进一步的，这N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列中都包括一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体，并且这至少两个第二光子晶体在所述一个第一光子晶体的两侧依次排列。具体的，请参见图4，图4是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图。图4是慢波电路01与第一预设方向x和第三预设方向z平行的截面。如图4所示，N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104在第一内平面102上构成了N3个结构相同的光子晶体阵列。这N3个光子晶体阵列在第一预设方向x上等距排列，并且任意两个相邻的光子晶体阵列在第一预设方向x上的距离都等于L1。这里，L1为大于0的常数。由于每个光子晶体阵列的结构都相同，下面将以N3个光子晶体阵列中的光子晶体阵列106为例，对这N3个光子晶体阵列的具体结构进行描述。如图4所示，光子晶体阵列106中包括第一光子晶体柱1031以及第二光子晶体柱1043、第二光子晶体柱1044、第二光子晶体柱1045和第二光子晶体柱1046。其中，在第一预设方向x上，第二光子晶体柱1043和第二光子晶体柱1044排列在第一光子晶体柱1031的左侧，第二光子晶体柱1045和第二光子晶体柱1046排列在第一光子晶体柱1031的右侧，并且第二光子晶体柱1043和第二光子晶体柱1044与第二光子晶体柱1045和第二光子晶体柱1046排列以第一光子晶体柱1031为对称点，在位置上相互对称。在实际使用中，第一电子束和第一电磁波进入到第一腔体101后，上述N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列都会对第一电磁波进行相速降低，并同时使得第一电子束和第一电磁波发生能力交换以实现对第一电磁波的功率放大，使得第一腔体101可输出第二电子束和第二电磁波。

在上述实现中，将N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104以N3个结构相同的光子晶体阵列的形式排列在第一内平面102上，可使得在慢波电路01的结构上更具有规律性，这样一方面可便于慢波电路01的设计与生产，另一方面也可通过光子晶体阵列的个数来灵活的调节慢波电路01的性能，可提升慢波电路01的功能灵活性。

在第一种可选的实现方式中，上述N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列在第三预设方向z上可以为弓形阵列。并且，这个弓形阵列的开口方向为上述第一预设方向x。例如，请一并参见图4，在第三预设方向z上，每个光子晶体阵列中的一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体会排列成一个弓形的阵列。或者说，上述N1个第一光子晶体柱103和上述N2个第二光子晶体柱104在第一预设方向x上按照正六边形的晶格周期排列，并且晶格常数为L1。以光子晶体阵列106为例，光子晶体阵列106中的第二光子晶体柱1043、第二光子晶体柱1044和第一光子晶体柱1031构成该弓形阵列的一个弧形，而上述第二光子晶体柱1045、第二光子晶体柱1046和第一光子晶体柱1031构成该弓形阵列的另一个弧形。

在第二种可选的实现方式中，上述N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列在第三预设方向z上可以为直线型阵列。也就是说，每个光子晶体阵列中包括的一个第一光子晶体柱和至少两个第二光子晶体柱在第三预设方向z上呈线型排列。例如，请参见图5，图5是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图。这里，图5所示的是光子晶体阵列为直线型阵列的慢波电路01与第二预设方向y和第三预设方向z平行的截面。如图5所示，在第三预设方向z上，每个光子晶体阵列中的一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体会排列成一条直线。例如，以光子晶体阵列107为例，光子晶体阵列107中的1个第一光子晶体柱和6个第二光子晶体柱在第三预设方向z上即排列成一条直线。这里也可以理解成，这N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104在第一预设方向x上按照正方形的晶格周期排列，并且晶格常数为L1。

这里需要说明的是，上述弓形或者直线型阵列仅是针对本申请提供的光子晶体阵列的结构的示例性描述，在实际实现中，光子晶体阵列也可采用其他的结构来实现，本申请对此不作限制。

在上述实现中，N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列在第三预设方向z上呈弓形或者直线型阵列排列，结构简单且易于实现，便于慢波电路01的设计和生产。

在一些可行的实现方式中，上述第一内平面102上的第一光子晶体柱和第二光子晶体柱均为矩形柱体。也就是说，第一光子晶体柱和第二光子晶体柱与第一预设方向x和第二预设方向y平行的截面均为矩形。并且，在尺寸大小上，第一光子晶体柱在第二预设方向y上的高度等于第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度的一半，第一光子晶体柱在第一预设方向x上的长度等于第二光子晶体柱在第一预设方向x上的长度的三分之二，第一光子晶体柱在第三预设方向z上的宽度等于第二光子晶体柱在第三预设方向z上的宽度。这里需要说明的是，无论上述N3个光子晶体阵列中的每个光子晶体阵列采用何种阵列类型，前文针对第一光子晶体柱和第二光子晶体柱的尺寸的描述均适用。

由于采用弓形或者直线型的光子晶体阵列时，第一内平面102上的第一光子晶体柱和第二光子晶体柱的尺寸大小和晶格常数存在区别，所以下文将分别针对这两种不同情况进行说明。

当慢波电路01中的光子晶体阵列采用弓形结构时，请一并参见图3和图4。以光子晶体阵列106中的第一光子晶体柱1031和第二光子晶体柱1044为例。假设第一光子晶体柱1031在第一预设方向x上的长度为a1，第三预设方向z上的宽度为b1，在第二预设方向y上的高度为h1。同时假设第二光子晶体柱1043在第一预设方向x上的长度为a2，第三预设方向z上的宽度为b2，在第二预设方向y上的高度为h2。则，h1＝h2/2，a1＝2/3a2，b1＝b2。

优选的，上述晶格常数L1可取值为0.39mm(毫米)，上述长度a2和宽度b2的取值可以为0.195mm，上述长度a1可取值0.13mm，上述宽度b1可取值为0.195mm。上述高度h2可取值为0.4mm，上述高度h1可取值为0.2mm。

下面请参见图6，图6是本申请实施例提供的一种慢波电路一性能仿真结果图。当慢波电路01中的光子晶体阵列采用弓形阵列并采用上述具体尺寸取值的情况下，针对该慢波电路01进行模拟仿真实验即可得到图6所示的结果。其中，图6中的(6-1)为慢波电路01中的光子晶体阵列的带隙特性图，图6中的(6-2)为慢波电路01的色散曲线对比图，图6中的(6-3)为慢波电路01的频率与输出功率的关系示意图。如(6-1)所示，曲线1是慢波电路01的横电模(即transverse electric mode，又称TE模或者TE mode)通带，曲线2是慢波电路01的横磁模(即transverse magnetic mode，又称为TM模或者TM mode)通带。从图中结果可以得出，350GHz以下的频段为该慢波电路01的第一带隙。上述结构下的慢波电路01即利用了光子晶体阵列的第一带隙，通过构建合适的缺陷结构，在该带隙中引入了一个TM模。如(6-2)所示，曲线3为慢波电路01因缺陷结构引入的TM模的色散曲线，曲线4为慢波电路01在TE模通带的色散曲线，曲线5是速度为0.25c(c即为光速)的电子束(也就是说前文所述第一电子束的速度为0.25c)的色散曲线。根据曲线3和曲线4可以看出，慢波电路01的工作频段附近存在明显的禁带以及无法与电子束产生互作用的TE模通带，从而可以有效地抑制工作频段附近自激振荡效应的产生。根据曲线3和曲线5可以看出，第一电子束的色散曲线与TM模式的色散曲线在360°到540°的相位范围内重叠，表明该慢波电路01可以与速度为0.25c的电子束产生互作用，即该慢波电路01可工作于16kV的电压。如(6-3)所示，曲线6为慢波电路01的输出功率(即output power)曲线，曲线7为对应的增益(即gain)曲线。根据曲线6和曲线7可以看出，慢波电路01的工作频率范围为210GHz到240GHz，带宽可达30GHz，并且在220GHz到240GHz的频率范围内，输出功率均高于20W。由上述仿真结果可以理解到，采用前文所述弓形结构和尺寸大小的慢波电路01，工作带宽大且工作电压小，可显著提升使用该慢波电路01的行波管的工作性能。

当慢波电路01中的光子晶体阵列采用直线型结构时，请一并参见前文所述的图5和图7。这里，图7是本申请实施例提供的一种慢波电路又一截面图。并且，图7中慢波电路01采用的是前文所述的直线型的光子晶体阵列。图7是慢波电路01与第二预设方向y和第三预设方向z平行的截面图。以光子晶体阵列107中的第一光子晶体柱1071和第二光子晶体柱1072为例。假设第一光子晶体柱1071在第一预设方向x上的长度为a3，第三预设方向z上的宽度为b3，在第二预设方向y上的高度为h3。同时，假设第二光子晶体柱1072在第一预设方向x上的长度为a4，第三预设方向z上的宽度为b4，在第二预设方向y上的高度为h4。则，h3＝h4/2，a3＝2/3a4，b3＝b4。

可选的，上述晶格常数L1可取值为0.3mm(毫米)，上述长度a2和宽度b2的取值可以为0.15mm，上述长度a1可取值0.1mm，上述宽度b1可取值为0.15mm。上述高度h2可取值为0.45mm，上述高度h1可取值为0.225mm。

下面请参见图8，图8是本申请实施例提供的一种慢波电路又一性能仿真结果图。当慢波电路01中的光子晶体阵列采用直线型阵列并采用上述具体尺寸取值的情况下，针对该慢波电路01进行模拟仿真实验即可得到图8所示的结果。图8中的(8-1)为慢波电路01的带隙特性图，图8中的(8-2)为慢波电路01的色散曲线对比图，图8中的(8-3)为慢波电路01的频率与输出功率的关系示意图。如(8-1)所示，曲线1是慢波电路01的TE模通带，曲线2是慢波电路01的TM模通带。从图中结果可以得出，慢波电路01的第一带隙位于300GHz以下的频段。上述结构下的慢波电路01即利用了光子晶体阵列的第一带隙，通过构建合适的缺陷结构，在该带隙中引入了一个TM模。如(8-2)所示，曲线3为慢波电路01由缺陷结构引入的TM模的色散曲线，曲线4为慢波电路01的TE模通带的色散曲线，曲线5是速度为0.182c的电子束(即前文所述的第一电子速的速度为0.182c)的色散曲线。由曲线3和曲线4可知，采用上述结构的慢波电路01的工作频段附近存在明显的禁带以及无法与电子束产生互作用的TE模通带，从而可以有效地抑制工作频段附近自激振荡效应的产生。由曲线3和曲线5可知，电子束的色散曲线与TM模的色散曲线在360°到540°的相位范围内重叠，表明该慢波电路01可以与速度为0.182c的电子束产生互作用，即该慢波电路01可工作于9.52kV的电压。如(8-3)所示，曲线6为慢波电路01的输出功率曲线，曲线7为对应的增益曲线。根据曲线6和曲线7可以看出，慢波电路01的工作频率范围为210GHz到230GHz，带宽可达20GHz，并且在220GHz到230GHz的频率范围内，输出功率均高于6W。由上述仿真结果可以理解到，采用前文所述直线型结构和尺寸大小的慢波电路01，工作带宽大且工作电压小，可显著提升使用该慢波电路01的行波管的工作性能。

在一些可行的实现方式中，请参见图9，图9是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图。如图9所示，该慢波电路01具体可包括有慢波部件10和第一波导转换部件20。这里，慢波部件10可包括由前文所述的第一壳体105内的第一腔体101、在所述第一腔体101的第一内平面102上布设的N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104构成。也可理解成，前文多种实现方式中所描述慢波电路01其实就是这里所描述的慢波部件10，而在本实现方式中，进一步说明了这个慢波电路01除了慢波部件10以外，还包含有第一波导转换部件20这个结构。这里需要说明的是，后文中，将统一以慢波部件10来描述前文多种实现方式中所描述的由第一壳体105内的第一腔体101、在所述第一腔体101的第一内平面102上布设的N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104构成的这个结构。该第一波导转换部件20与上述慢波部件10接收第一电磁波和第一电子束的一侧相连接。这里需要说明的是，第一波导转换部件20与上述慢波部件10之间的连接可以是直接的连接，也可以是通过其他器件建立的间接的连接，本申请对此不作具体限制。特别需要说明的是，当第一波导转换部件20与慢波部件10直接相连时，第一波导转换部件20和慢波部件10应该轴向相同。后文将以第一波导转换部件20与慢波部件10直接相连的情况来对第一波导转换部件20的具体结构和功能进行说明。为了方便说明，现假设上述慢波部件10支持的工作模式为预设的第一传输模式，也即第一电磁波的传输模式为第一传输模式。

在实际使用中，上述第一波导转换部件20可以将其接收到的第一电子束直接传输给慢波部件10。与此同时，上述第一波导转换部件20还可以将其接收到的第二传输模式的源电磁波转换成慢波部件10支持的第一传输模式的第一电磁波，并将转换得到的第一电磁波传输给慢波部件10。

这里需要说明的是，本申请实施例所谓的传输模式主要可包括各种TE模、各种TM模。上述第一传输模式与第二传输模式不相同。例如，上述第二传输模式可以为TE₁₀模，上述第一传输模式可以为TM模。

在上述实现中，通过第一波导转换部件20将慢波电路01接收到的第二传输模式的电磁波转换成慢波部件10所支持的第一传输模式的第一电磁波，可使得慢波电路01能够实现对不同传输模式的电磁波的功率放大，可提升慢波电路01的功能灵活性和适用性。

进一步的，在一种可选的实现方式中，请参见图10，图10是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件的结构示意图。如图10所示，所述第一波导转换部件20可包括有第二壳体205，在该第二壳体205内设有第二腔体201，并且该第二腔体201具有与所述第一预设方向x平行的第三内平面202。此外，该第二腔体201与上述第一腔体101相通，并且为同一轴向。这里，为了方便空间结构上的说明，此处继续复用前文所述的三维的空间方位坐标系。其中，第一预设方向x也即为在第一波导转换部件20中电子束和电磁波的行进方向。这里还需要说明的是，图10实际为第一波导转换部件20的结构剖析图，为了方便理解，已经将第二壳体205拆分成了第二槽型底座2051和第二盖板2052，并且该第二槽型底座2051的内底面即为上述第三内平面202。这里需要理解到的是，在实际实现时，上述第二壳体205既可以是一体成型的结构，也可以是如图10所示的由独立的底座和独立的盖板盖合而成的，本申请对此不作具体限制。

另外，在所述第三内平面202上还设置有N4个第三光子晶体柱203和N5个第二光子晶体柱204。这里，N4和N5为大于或者等于2的正整数。在空间位置上，和慢波部件10相似的，上述N4个第三光子晶体柱203在第三平面202上也按照上述第一预设方向x依次排列，上述N5个第二光子晶体柱204会在这N4个第三光子晶体柱203的两侧依次排列。并且，所述N4个第三光子晶体柱203中每个第三光子晶体柱在所述第一预设方向x上都不被所述N5个第二光子晶体柱204所遮挡。示例性的，请参见图11，图11是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件一截面图。这里，图11是第一波导转换部件20与第一预设方向x和第三预设方向z平行的截面。如图11所示，上述N4个第三光子晶体柱203会在第一预设方向x上呈直线排列，从而在第一预设方向x上形成一列第三光子晶体柱。而以这一列第三光子晶体柱为分界线，在这个分界线的两侧，又排列着N5个第二光子晶体柱204。这里，这N5个第二光子晶体柱204在N4个第三光子晶体柱203的两侧应该呈对称性的排列，并不会在第一预设方向x对上述N4个第三光子晶体柱203中的任意一个第三光子晶体柱产生遮挡。如图11所示，在上述N4个第三光子晶体柱203的左侧分布有N5/2个第二光子晶体柱2042，这N5/2个第二光子晶体柱2042在第一预设方向x上排列成两列第二光子晶体柱。同理，在上述N4个第三光子晶体柱203的右侧也分布有N5/2个第二光子晶体柱2041，这N5/2个第二光子晶体柱2041也在第一预设方向x上排列成两列第二光子晶体柱。这N5/2个第二光子晶体柱2041和N5/2个第二光子晶体柱2042在位置上是以N4个第三光子晶体柱203为对称线相互对称的。这里需要说明的是，图11仅是示例性的给出了N5个第二光子晶体柱204在N4个第三光子晶体柱203的两侧的排列方式，在实际实现中，上述N5个第二光子晶体柱204也可以以其他的形式对称性的排列在N4个第三光子晶体柱203的两侧，本申请对此不作具体限制。这里需要补充说明的是，在实际实现中，和上述慢波部件10类似，上述N4个第三光子晶体柱203和N5个第二光子晶体柱204也可以在第三内平面202上以多个相同的光子晶体阵列的形式进行布设，这多个相同的光子晶体阵列中每个光子晶体阵列在第三预设方向z上也可以为弓形阵列或者直线型阵列。

另外，在尺寸大小上，N4个第三光子晶体柱203中每个第三光子晶体柱在第二预设方向y上的高度在第一预设方向x上依次递增，N4个第三光子晶体柱203中高度最大的第三光子晶体柱(也即最接近所述第一波导转换部件20出射所述第一电磁波的位置的第三光子晶体柱)在第二预设方向y上的高度等于上述慢波部件10中的第一光子晶体柱在第二预设方向y上的高度。和慢波部件10中的N2个第二光子晶体柱104类似，上述N5个第二光子晶体柱204中每个第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度也相同。这里需要说明的是，针对第一波导转换部件20中的第三光子晶体柱和第二光子晶体柱，其唯一的区别就是在第二预设方向y上的高度不同，对第三光子晶体柱和第二光子晶体柱在其他方向(如上述第一预设方向x和第三预设方向z)上的尺寸则不作严格要求。具体的，请参见图12，图12是本申请实施例提供的一种第一波导转换部件又一截面图。这里，图12所示的是第一波导转换部件20与第二预设方向y和第一预设方向x平行的截面。如图12所示，上述N5个第二光子晶体柱204中每个第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度均为h5。图12中假设上述N4个第三光子晶体柱中包括有第三光子晶体柱2031、第三光子晶体柱2032、第三光子晶体柱2033和第三光子晶体柱2034，这4个第三光子晶体柱在第二预设方向y上的高度分别为h64、h63、h62和h61，并且满足h64>h63>h62>h61这样的关系。其中，第三光子晶体柱2031即为上述N4个光子晶体柱中高度最大的第三光子晶体柱，并且该第三光子晶体柱2031的高度等于上述慢波部件10中的第一光子晶体柱的高度。这里，h5、h64、h63、h62和h61均为大于0的常数。

在实际工作时，第一波导转换部件20可接收第二传输模式的源电磁波和第一电子束，并约束该源电磁波和第一电子束在其内部穿行。当源电磁波和第一电子束在上述第一波导转换部件20内穿行的时候，第一波导转换部件20即可通过上述N4个第三光子晶体柱203和N5个第二光子晶体柱204所构成的高度渐变的缺陷结构将源电磁波转换成第一传输模式的第一电磁波，并且不会对其中传输的第一电子束产生影响。

可选的，在实际实现中，上述第二腔体201的形状可以由进入所述第一波导转换部件20的电磁波的传输模式和所述第一波导转换部件20输出的电磁波的传输模式共同决定。例如，当上述源电磁波对应的第二传输模式为TE₁₀模，第一电磁波对应的第一传输模式为TM模时，第二腔体201的形状既可以是一个截面为等边梯形的腔体，并且该等边梯形的较短底边在所述第一波导转换部件30朝向慢波部件10的一侧。具体的，请一并参见图11，如图11所示，第一波导转换部件20在第三预设方向z和第一预设方向x这两个方向上的截面即使是一个等边的梯形(也就是说第三内平面202是一个等边梯形)。这里可以理解到的是，当进入所述第一波导转换部件20的电磁波的传输模式和所述第一波导转换部件20输出的电磁波的传输模式为其他类型时，第二腔体201也可以是其他的形状，如长方体或者正方体等，本申请对此不作具体限制。

可选的，和慢波部件10类似，上述第二腔体201还可包含有第五内平面，这个第五内平面与第三内平面202相互平行，并且第五内平面与第三内平面202在第二预设方向y上的距离应等于第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度。也就是说，在第二腔体201内，每个第二光子晶体柱的两端都应该贴合于第二腔体201的内壁上。这里，结合图12所示的第二腔体201的结构，上述第五内平面即可以是第二盖板2052朝向第二平面202的内表面。

在上述实现中，通过在第二腔体201的第三内平面202上布设N4个第三光子晶体柱203和N5个第二光子晶体柱204来实现第一波导转换部件20，一方面可使得第一波导转换部件20结构简单且性能稳定，另一方面也可使得所述第一波导转换部件20与慢波部件10在结构较为相似，兼容性好。

在一些可行的实现方式中，请参见图13，图13是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图。如图13所示，慢波电路01除了上述慢波部件10以及第一波导转换部件20以外，还可包括一个第二波导转换部件30。该第二波导转换部件30与上述慢波部件10输出第二电子束和第二电磁波的一侧相连接。和上述第一波导转换部件20类似，第二波导转换部件30与慢波部件10之间的连接也可以是直接或者间接的连接，本申请对此不作具体限制。并且，当第二波导转换部件30与慢波部件10直接相连时，第二波导转换部件30和慢波部件10也应该轴向相同。这里，也可以理解成，当上述第一波导转换部件20、慢波部件10以及第二波导转换部件30直接相连时，三者应该为同一轴向。后文也将以第二波导转换部件30与慢波部件10直接相连的情况来对第二波导转换部件30的具体结构和功能进行说明。这里，为了方便理解，同样假设慢波部件10支持的工作模式为预设的第一传输模式，也即其接收的第一电磁波的传输模式和其输出的第二电磁波的传输模式均为第一传输模式。

在实际使用中，上述第二波导转换部件30可以将接收到的第二电子束直接输出。与此同时，上述第二波导转换部件30还可以将其从慢波部件10处接收到的第一传输模式的第二电磁波转换第三传输模式的第三电磁波，并输出该第三电磁波。这里，上述第三传输模式与第二传输模式不相同。该第三传输模式与上述第二传输模式可以相同，也可以不同。例如，上述第二传输模式可以为TE₁₀模，上述第一传输模式可以为TM模，上述第三传输模式也可以为TE₁₀模或者除TM模以外的其他传输模式。

在上述实现中，通过第二波导转换部件30将慢波部件10输出的第一传输模式的第一电磁波转换成不同的第三传输模式的第三电磁波并输出，这样可使得慢波电路01能够输出不同传输模式的经过功率放大后的电磁波，可进一步提升慢波电路01的功能灵活性和适用性。

进一步的，在一种可选的实现方式中，请参见图14，图14是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件的结构示意图。如图14所示，该第二波导转换部件30可包括有第三壳体305，在该第三壳体305内设有第三腔体301，并且该第三腔体301具有与所述第一预设方向x平行的第四内平面302。另外，该第三腔体301与上述第一腔体101相通，并且为同一轴向。这里，和前文类似，为了方便在空间结构上的说明，此处继续复用前文所述的三维的空间方位坐标系。其中，第一预设方向x也即为第二波导转换部件30中的电子束和电磁波的行进方向。这里还需要说明的是，和前文类似，图14为了方便理解，也已经将第三壳体305拆分成了第三槽型底座3051和第三盖板3052，并且该第三槽型底座3051的内底面即为上述第四内平面302。这里需要理解到的是，在实际实现时，上述第三壳体305既可以是一体成型的结构，也可以是如图14所示的由独立的底座和独立的盖板盖合而成的，本申请对对此不作具体限制。

另外，在上述第四内平面302上还设置有N6个第四光子晶体柱303和N7个第二光子晶体柱304。这里，N6和N7为大于或者等于2的正整数。在空间位置上，和上述第一波导转换部件20相似的，上述N6个第四光子晶体柱303中的每个第四光子晶体柱在第四平面302上也按照上述第一预设方向x依次排列，上述N7个第二光子晶体柱304会在这N6个第四光子晶体柱303的两侧依次排列。另外，上述N6个第四光子晶体柱303中的每个第四光子晶体柱在所述第一预设方向x上都不会被N7个第二光子晶体柱304所遮挡。例如，请参见图15，图15是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件一截面图。这里，图15为第二波导转换部件30与第一预设方向x和第三预设方向z平行的截面。如图15所示，上述N6个第四光子晶体柱303在第一预设方向x上呈直线排列，从而在第一预设方向x上形成一列第四光子晶体柱。而以这一列第四光子晶体柱为分界线，在这个分界线的两侧，又分别排列着N7个第二光子晶体柱304。这里，这N7个第二光子晶体柱304在N6个第三光子晶体柱303的两侧应该呈对称性的排列。例如，如图15所示，在上述N6个第四光子晶体柱303的左侧分布有N7/2个第二光子晶体柱3042，这N7/2个第二光子晶体柱3042在第一预设方向x上排列成两列第二光子晶体柱。同理，在上述N6个第四光子晶体柱的右侧也分布有N7/2个第二光子晶体柱3041，这N7/2个第二光子晶体柱3041也在第一预设方向x上排列成两列第二光子晶体柱。这N7/2个第二光子晶体柱3041和N7/2个第二光子晶体柱3042在位置上是以N4个第三光子晶体柱303为对称线相互对称的。这里需要说明的是，图15仅是示例性的给出了N7个第二光子晶体柱304在N6个第四光子晶体柱303的两侧的排列方式，在实际实现中，上述N7个第二光子晶体柱304也可以以其他的形式对称性的排列在N6个第四光子晶体柱303的两侧，本申请对此不作具体限制。这里需要补充说明的是，在实际实现中，和上述慢波部件10类似，上述N6个第四光子晶体柱303和N7个第二光子晶体柱304也可以在第四内平面302上以多个相同的光子晶体阵列的形式进行布设，这多个相同的光子晶体阵列中每个光子晶体阵列在第三预设方向z上也可以为弓形阵列或者直线型阵列。

另外，在尺寸大小上，上述N6个第四光子晶体柱303中的每个第四光子晶体柱在第二预设方向y上的高度在第一预设方向x是依次递减的。这N6个第四光子晶体柱303中高度最大的第四光子晶体柱(也即最接近所述第二波导转换部件30接收所述第一电磁波的位置的第四光子晶体柱)在第二预设方向y上的高度等于慢波部件10中的第一光子晶体柱在第二预设方向y上的高度。和慢波部件10中的N2个第二光子晶体柱类似，上述N7个第二光子晶体柱304中每个第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度也相同。这里需要说明的是，针对第二波导转换部件30中的第四光子晶体柱和第二光子晶体柱，其唯一的区别就是在第二预设方向上的高度不同，第四光子晶体柱和第二光子晶体柱在其他方向(如上述第一预设方向x和第三预设方向z)上的尺寸可以相同也可以不同。具体的，请参见图16，图16是本申请实施例提供的一种第二波导转换部件又一截面图。这里，图16所示的是第二波导转换部件30与第二预设方向y和第一预设方向x均平行的截面。如图16所示，上述N7个第二光子晶体柱304中每个第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度均为h7。图16中假设上述N6个第四光子晶体柱中包括有第四光子晶体柱3031、第四光子晶体柱3032、第四光子晶体柱3033和第四光子晶体柱3034，这4个第四光子晶体柱在第二预设方向y上的高度分别为h84、h83、h82和h81，并且满足h84>h83>h82>h81这样的关系。其中，第四光子晶体柱3031即为上述N6个第四光子晶体柱303中高度最大的第四光子晶体柱，并且该第四光子晶体柱3031的高度等于上述慢波部件10中的第一光子晶体柱的高度。这里，h7、h84、h83、h82和h81均为大于0的常数。

在实际工作时，第二波导转换部件30可接收第一传输模式的第二电磁波和第二电子束，并约束该第二电磁波和第二电子束在其内部穿行。在第二电磁波和第二电子束在其内部穿行时候，第二波导转换部件30即可通过上述N6个第四光子晶体柱303和N7个第二光子晶体柱304所构成的高度渐变的缺陷结构将第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波，并且不会对其中传输的第二电子束产生影响。

可选的，在实际实现中，和上述第一波导转换部件20类似，上述第三腔体301的形状也可以由进入所述第二波导转换部件30的电磁波的传输模式和所述第二波导转换部件30输出的电磁波的传输模式共同决定。例如，当上述第二电磁波对应的第一传输模式为TM模，第三电磁波对应的第三传输模式为TE₁₀模时，第三腔体201的形状即可以是一个截面为等边梯形的腔体，并且该等边梯形的较短底边在所述第二波导转换部件30朝向慢波部件10的一侧。具体的，请一并参见图15，如图15所示，第二波导转换部件30与第三预设方向z和第一预设方向x这两个方向平行的截面即是一个等边的梯形(也就是说第四内平面302是一个等边梯形)。这里可以理解到的是，当进入所述第二波导转换部件30的电磁波的传输模式和所述第二波导转换部件30输出的电磁波的传输模式为其他类型时，第三腔体201也可以是其他的形状，如长方体或者正方体等，本申请对此不作具体限制。

可选的，和第一波导转换部件20类似，上述第三腔体301还可包含有第六内平面，这个第六内平面与第四内平面302相互平行，并且第六内平面与第四内平面302在第二预设方向y上的距离应等于第二光子晶体柱在第二预设方向y上的高度。也就是说，在第三腔体301内，每个第二光子晶体柱的两端都应该贴合于第三腔体301的内壁上。这里，结合图16所示的第三腔体301的结构，上述第六内平面即可以是第三盖板3052上朝向第四内平面302的内表面。

这里需要说明的是，当上述第二传输模式和第三传输模式相同时，上述第一波导转换部件20和上述第二波导转换部件30的结构可以完全相同。或者说，上述第一波导转换部件20和上述第二波导转换部件30就是一个功能部件的两种不同的使用方式。对于这个功能部件来说，当第二传输模式的电磁波从其第一轴向(如前文所述的第一预设方向x)进入其中时，该功能部件可以将该第二传输模式的电磁波转换成第一传输模式的电磁波并输出。而当第一传输模式的电磁波从与第一轴向相反的方向进入到该功能部件后，该功能部件可以将第一传输模式的电磁波转换成第二传输模式的电磁波并输出。

在上述实现中，通过在第三腔体301的第四内平面302上布设N6个第三光子晶体柱303和N7个第二光子晶体柱304来实现第二波导转换部件30，一方面可使得第二波导转换部件30结构简单且性能稳定，另一方面也可使得第二波导转换部件30与慢波部件10在结构较为相似，兼容性好。

在一些可行的实现方式中，请参见图17，图17是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图。如图17所示，该慢波电路01还可包括有第一电磁接口40和第二电磁接口50。并且，第一电磁接口40与第一波导转换部件20以及该慢波电路01外接的第一波导02相连接，第二电磁接口50与第二波导转换部件30以及慢波电路01外接的第二波导03相连接。在实际使用中，上述第一电磁接口40可用于从慢波电路01的外部接收第一电子束和源电磁波并将之传输给第一波导转换部件20。上述第二电磁接口50可用于从第二波导转换部件30处接收第三电磁波和第二电子束并将之传输至所述慢波电路01的外部。

进一步的，如图17所示，上述第一电磁接口40内设有第一电子束通道401和第一电磁波通道402。其中，第一电子束通道401和第一电磁波通道402存在一定的重叠区域。这里需要说明的，图17所示的是第一电磁接口40的透视结构，在实际实现中，第一电磁接口40是一个闭合的结构，而上述第一电子束通道401即为第一电磁接口40中设置的分别与第一波导转换部件20以及慢波电路01外部相通的一个管道，而上述第一电磁波通道402即为第一电磁接口40中设置的分别与第一波导转换部件20以及第一波导02相通的一个管道。相似的上述第二电磁接口50内设有第二电子束通道501和第二电磁波通道502。其中，第二电子束通道501和第二电磁波通道502存在一定的重叠区域。和上述第一电磁接口40类似，上述第二电磁接口50也是一个闭合的结构，而上述第二电子束通道501即为第二电磁接口50中设置的分别与第二波导转换部件30以及慢波电路01外部相通的一个管道，上述第二电磁波通道502即为第二电磁接口50中设置的分别与第二波导转换部件30以及第二波导03相通的一个管道。这里，上述第一波导02和第二波导03具体可以至少支持第一传输模式的平行平板波导、矩形波导、圆波导等。例如，上述第一波导02和第二波导03可以为WR-4标准波导。

在实际工作时，第一电磁接口40可通过第一电子束通道401从慢波电路01的外部(如慢波电路01连接的电子枪等)接收第一电子束并将第一电子束传输至第一波导转换部件20。同时，第一电磁接口40还可通过第一电磁波通道402从第一波导02处接收源电磁波，并将该源电磁波传输至第一波导转换部件20。这里，第一波导02可从预设的电磁波发生器处接收上述源电磁波并将之传输至第一电磁波通道402处。上述第二电磁接口50可通过第二电子束通道501从第二波导转换部件30接收第二电子束并将该第二电子束传输至慢波电路01的外部。同时，第二电磁接口50还可通过第二电磁波通道502从第二波导转换部件30处接收第三电磁波，并将该第三电磁波传输至第二波导03处。这里，第二波导03可将接收到的第三电磁波传输至与之相连接的其他器件，以使得这些器件能够使用该第三电磁波。

这里需要说明的是，前文所述的第一光子晶体柱、第二光子晶体柱、三光子晶体柱和第四光子晶体柱可以是一维光子晶体柱、二维光子晶体柱、三维光子晶体柱或者将来可能实现的其他形式的光子晶体柱，本申请对此不作限制。上述各种光子晶体柱、慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50的材质可以为各种金属，如铜、金等，本申请对此不作具体限制。

这里需要说明的是，在前文的描述中，慢波电路01中的慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50都是相互独立的分立器件。而在实际实现中，上述慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50也可以是一种一体成型的结构，而上述各部件即是这个一体成型结构的不同功能分区。具体的，可以在一个底板上蚀刻出上述慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50对应的槽型结构，再使用一个盖板来封闭这个蚀刻后底板，即可形成一个完整的慢波电路01。例如，请参见图18，图18是本申请实施例提供的一种慢波电路又一结构示意图。图18示了一个蚀刻后的底板181以及可以盖合这个蚀刻后的底板181的盖板182。在这个底板181上，蚀刻有慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50对应的槽型结构，盖板182与蚀刻后的底板181闭合后的这个结构，即可存在5个功能区，这5个功能区即对应于慢波部件10、第一波导转换部件20、第二波导转换部件30、第一电磁接口40以及第二电磁接口50这5个功能部件。

这里还需要说明的是，在本申请的实施例描述中，从电磁波和电子束流向的角度的描述是为了更清楚地描述个部件的结构和功能，并不能理解为对各部件本身的限定。

本申请实施例提供了一个包含有慢波部件10的慢波电路01，该慢波部件10由在第一内平面102上规则排列的且高度不同的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱所构成的慢波部件10，由于高度的不同使得N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱形成了一种特殊的缺陷结构。一方面，这种由多个规则排列的光子晶体柱构成的缺陷结构可显著的降低慢波部件中的传输的第一电磁波的相速，可使得第一电磁波能够在慢波部件10中以较低的相速传输，这也就可以降低慢波部件10对第一电子束的工作电压的要求。另一方面，由于慢波部件10的传输模式是由上述N1个第一光子晶体柱在光子晶体带隙中产生的新的传输模式，使得该模式不会受到光子晶体带隙的影响，从而使得慢波部件10可具有较宽的工作带宽。由于采用上述结构的慢波部件10具有较宽的工作带宽，并且可以与较低电压的电子束互作用，因此可使得慢波电路01的工作带宽大且工作电压小，这样就可以提升采用该慢波电路10的行波管的工作带宽并降低该行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

实施例二

请参见图19，图19是本申请实施例提供的一种电磁波处理方法的流程示意图。该电磁波处理方法适用于实施例一中所描述的慢波电路01。在本实施例中，慢波电路01的具体结构和功能可一并参见前文实施例一中相应的描述，本实施例对此便不再赘述。如图19所示，该电磁波处理方法具体可以下步骤：

S191，通过第一腔体接收第一电磁波和第一电子束。

在一些可行的实现方式中，慢波电路01中的第一腔体101可接收第一电磁波和第一电子束。这里，该第一电磁波为太赫兹频段的电磁波。这里，针对第一腔体101即其内部结构的描述可一并参见前文实施例一中的相应的描述，此处便不再赘述。

在一种可选的实现方式中，在上述，漫步电路01包含多个功能部件的情况下，上述慢波电路01具体可包括慢波部件10和第一波导转换部件20。这里需要说明的是，在漫步电路01中包括有多个部件的情况下，由第一壳体105内的第一腔体101、在所述第一腔体101的第一内平面102上布设的N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104构成的结构将统一描述成慢波部件10，并且该慢波部件10也用于实现相应的功能。而上述慢波电路01除了慢波部件10以外，还可包含有第一波导转换部件20这个结构。再后文中，为了方便理解和描述，将统一以慢波部件10来描述由第一壳体105内的第一腔体101、在所述第一腔体101的第一内平面102上布设的N1个第一光子晶体柱103和N2个第二光子晶体柱104所构成的这个结构部件。该第一波导转换部件20与慢波部件10相连接。这里，针对第一波导转换部件20的结构的描述可参见前文实施例一中相应的描述，此处便不再赘述。具体实现中，在通过上述慢波部件10生成并输出第二电子束和第二电磁波之前，慢波电路01可通过第一波导转换部件20将接收到的第一电子束直接传输给慢波部件10。与此同时，慢波电路01还可通过第一波导转换部件20还将其接收到的第二传输模式的源电磁波转换成慢波部件10支持的第一传输模式的第一电磁波，并将转换得到的第一电磁波传输给慢波部件10。具体过程可参见前文实施例一中针对第一波导转换部件20的功能的描述，此处便不再赘述。

在另一种可选的实现方式中，上述慢波电路01还可包括有第一电磁解接口40，并且慢波电路01还外接有第一波导02。该第一电磁接口40内设有第一电子束通道401和第一电磁波通道402。这里，针对第一电磁接口40及第一波导02的结构的描述可参见实施例一中相应的描述，此处便不再赘述。

具体实现中，在通过第一波导转换部件20为慢波部件10提供第一电子束和第一电磁波之前，慢波电路01可通过第一电磁接口40的第一电子束通道401从其外部(如慢波电路01连接的电子枪等)接收第一电子束并将第一电子束传输至第一波导转换部件20。同时，慢波电路01还可通过第一电磁接口40的第一电磁波通道402从第一波导02处接收源电磁波，并将该源电磁波传输至第一波导转换部件20。这里，第一波导02可从预设的电磁波发生器处接收上述源电磁波并将之传输至第一电磁波通道402处。

S192，通过N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱在降低第一电磁波的相速的同时基于第一电子束对第一电磁波进行功率放大，以使得第一腔体输出第二电磁波和第二电子束。

在一些可行的实现方式中，慢波电路01在通过慢波部件10接收到上述第一电磁波和第一电子束之后，即可通过慢波部件10中的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱在降低第一电磁波的相速的同时基于第一电子束对第一电磁波进行功率放大，以使得慢波部件10中的第一腔体101输出第二电磁波和第二电子束。这里，所述第二电磁波的相速低于所述第一电磁波的相速，所述第二电磁波的功率大于所述第一电磁波的功率，所述第二电子束的功率小于所述第一电子束的功率。这里，通过慢波部件10得到并输出第二电磁波和第二电子束的具体过程可参见实施例一中针对慢波部件10的功能的描述，此处便不再赘述。

在一种可选的实现方式中，上述慢波电路01还可包括第二波导转换部件30。该第二波导转换部件30与慢波部件10相连接。这里，针对第二波导转换部件30的结构的描述可参见前文实施例一中相应的描述，此处便不再赘述。

具体实现中，在通过慢波部件10输出第二电子束和第二电磁波之后，慢波电路01可通过第二波导转换部件30将其从慢波部件10处接收到的第二电子束直接输出。与此同时，慢波电路01还可通过第二波导转换部件30将其从慢波部件10处接收到的第一传输模式的第二电磁波转换第三传输模式的第三电磁波，并输出该第三电磁波。具体过程可参见前文实施例一中针对第二波导转换部件30的功能的描述，此处便不再赘述。这里，上述第三传输模式与第二传输模式不相同。该第三传输模式与上述第二传输模式可以相同，也可以不同。

在一种可选的实现方式中，上述慢波电路01还可包括有第二电磁解接口50，并且慢波电路01还外接有第二波导03。该第二电磁接口50内设有第二电子束通道501和第二电磁波通道502。这里，针对第二电磁接口50及第二波导03的结构的描述可参见实施例一中相应的描述，此处便不再赘述。

具体实现中，慢波电路01可通过上述第二电磁接口50的第二电子束通道501从第二波导转换部件30接收第二电子束并将该第二电子束传输至慢波电路01的外部。同时，慢波电路01还可通过第二电磁接口50的第二电磁波通道502从第二波导转换部件30处接收第三电磁波，并将该第三电磁波传输至第二波导03处。这里，第二波导03可将接收到的第三电磁波传输至与之相连接的其他器件，以使得这些器件能够使用该第三电磁波。具体过程可参见前文实施例一中针对第二电磁接口50和第二波导03的功能的描述，此处便不再赘述。

在本申请实施例中，慢波电路01可通过慢波部件10等部件完成太赫兹波段的电磁波的功率放大。该慢波部件10是由在第一内平面102上规则排列的且高度不同的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱所构成的慢波部件10，高度的不同使得N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱形成了一种特殊的缺陷结构。这种缺陷结构一方面可使得第一电磁波能够在第一腔体101内中以较低的相速传输，这也就可以降低慢波电路01对第一电子束的工作电压的要求。另一方面也可使得该模式不会受到光子晶体带隙的影响，从而使得慢波电路01可具有较宽的工作带宽。由于采用上述结构的慢波电路具有较宽的工作带宽，并且可以与较低电压的电子束互作用，因此可使得慢波电路01的工作带宽大且工作电压小。所以，采用本申请提供的慢波电路01，这可以提升行波管的工作带宽并降低行波管的工作电压，可以提升行波管在太赫兹波段的适用性和实用性。

本申请实施例还提供了一种行波管。请参见图20，图20是本申请实施例提供的一种行波管的结构示意图。如图20所示，该行波管200可包括如前文所述的慢波电路01，以及，与该慢波电路01耦合的电子枪2001、磁聚焦系统2002以及收集极2003。在实际使用过程中，上述电子枪2001用于生成并向慢波电路01注入第一电子束，上述磁聚焦系统2002用于保持第一电子束在通过所述慢波电路01的过程中不发生形状变化，上述收集极2003用于接收所述慢波电路01输出的第二电子束。

本申请实施例还提供了一种电磁波处理设备。该电磁波处理设备包括前文所述的行波管200，以及，耦合于该行波管200的各种分立器件。在实际使用过程中，该电磁波处理设备至少可通过上述行波管200完成对太赫兹波段的电磁波的功率放大。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、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，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种慢波电路，其特征在于，所述慢波电路包括：第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱；

其中，所述N1个第一光子晶体柱沿第一预设方向依次排列，所述N2个第二光子晶体柱在所述N1个第一光子晶体柱的两侧依次排列，所述第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度小于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述第一预设方向为所述第一腔体内的电磁波和电子束的行进方向，所述第二预设方向与所述第一内平面垂直，N1为大于或者等于1的正整数，N2为大于或者等于2的正整数。

2.根据权利要求1所述的慢波电路，其特征在于，所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱在所述第一内平面上形成N3个光子晶体阵列，所述N3个光子晶体阵列在所述第一预设方向上依次排列，一个所述光子晶体阵列中包括一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体，所述至少两个第二光子晶体在所述一个第一光子晶体的两侧依次排列，N3为大于或者等于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的慢波电路，其特征在于，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为弓形阵列，所述弓形阵列的开口方向为所述第一预设方向，或者，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为直线型阵列；

其中，所述第三预设方向与所述第一预设方向垂直并且与所述第一内平面平行。

4.根据权利要求3所述的慢波电路，其特征在于，所述第一光子晶体柱和所述第二光子晶体柱为矩形柱体，所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度的一半，所述第一光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度等于所述第二光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度的三分之二，所述第一光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度等于所述第二光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的慢波电路，其特征在于，所述第一腔体还包括第二内平面，所述第二内平面与所述第一内平面平行，所述第二内平面与所述第一内平面在所述第二预设方向上的距离等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的慢波电路，其特征在于，所述慢波电路包括慢波部件和第一波导转换部件，所述慢波部件包括所述第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，所述第一波导转换部件与所述慢波部件相连接。

7.根据权利要求6所述的慢波电路，其特征在于，所述第一波导转换部件内设有第二腔体，所述第二腔体的第三内平面与所述第一预设方向平行，所述第三内平面上设置有N4个第三光子晶体柱和N5个第二光子晶体柱；

其中，所述N4个第三光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N5个第二光子晶体柱在所述N4个第三光子晶体柱的两侧依次排列，所述N4个第三光子晶体柱中各第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递增，所述N4个第三光子晶体柱中高度最大的第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述N5个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同，N4和N5为大于或者等于2的正整数。

8.根据权利要求6或7所述的慢波电路，其特征在于，所述慢波电路还包括第二波导转换部件，所述第二波导转换部件与所述慢波部件相连接。

9.根据权利要求8所述的慢波电路，其特征在于，所述第二波导转换部件内设有第三腔体，所述第三腔体的第四内平面与所述第一预设方向平行，所述第四内平面上设置有N6个第四光子晶体柱和N7个第二光子晶体柱；

其中，所述N6个第四光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N7个第二光子晶体柱在所述N6个第四光子晶体柱的两侧依次排列，所述N6个第四光子晶体柱中各第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递减，所述N6个第四光子晶体柱中高度最大的第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述N7个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同，N6和N7为大于或者等于2的正整数。

10.根据权利要求8或9所述的慢波电路，其特征在于，所述慢波电路还包括第一电磁接口和第二电磁接口，所述第一电磁接口与所述第一波导转换部件以及所述慢波电路外接的第一波导相连接，所述第二电磁接口与所述第二转换波导部件以及所述慢波电路外接的第二波导相连接，所述第一电磁接口内设有第一电子束通道和第一电磁波通道，所述第二电磁接口内设有第二电子束通道和第二电磁波通道。

11.一种电磁波处理方法，其特征在于，所述方法应用于慢波电路，所述慢波电路包括：第一腔体以及在在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，其中，所述N1个第一光子晶体柱沿第一预设方向依次排列且所述N2个第二光子晶体柱在所述N1个第一光子晶体柱的两侧依次排列，所述第一光子晶体柱在第二预设方向上的高度小于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述第一预设方向为所述第一腔体内的电磁波和电子束的行进方向，所述第二预设方向与所述第一内平面垂直，N1为大于或者等于1的正整数，N2为大于或者等于2的正整数；

所述方法包括：

通过所述第一腔体接收并传输第一电磁波和第一电子束；

通过所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱在降低所述第一电磁波的相速的同时基于所述第一电子束对所述第一电磁波进行功率放大，以使得所述第一腔体输出第二电磁波和第二电子束，其中，所述第二电磁波的相速低于所述第一电磁波的相速，所述第二电磁波的功率大于所述第一电磁波的功率，所述第二电子束的功率小于所述第一电子束的功率。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述N1个第一光子晶体柱和所述N2个第二光子晶体柱在所述第一内平面上形成N3个光子晶体阵列，所述N3个光子晶体阵列在所述第一预设方向上依次排列，一个光子晶体阵列中包括一个第一光子晶体和至少两个第二光子晶体，所述至少两个第二光子晶体在所述一个第一光子晶体的两侧依次排列，其中，N3为大于或者等于1的正整数。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为弓形阵列，所述弓形阵列的开口方向为所述第一预设方向，或者，所述光子晶体阵列在第三预设方向上为直线型阵列；

其中，所述第三预设方向与所述第一预设方向垂直并且与所述第一内平面平行。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一光子晶体柱和所述第二光子晶体柱为矩形柱体，所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度的一半，所述第一光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度等于所述第二光子晶体柱在所述第一预设方向上的长度的三分之二，所述第一光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度等于所述第二光子晶体柱在所述第三预设方向上的宽度。

15.根据权利要求11-14任一项所述的方法，其特征在于，所述第一腔体还包含第二内平面，所述第二内平面与所述第一内平面平行，所述第二内平面与所述第一内平面在所述第二预设方向上的距离等于所述第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度。

16.根据权利要求11-15任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电磁波的传输模式为第一传输模式，所述慢波电路包括慢波部件和第一波导转换部件，所述慢波部件包括所述第一腔体以及在所述第一腔体的第一内平面上设置的N1个第一光子晶体柱和N2个第二光子晶体柱，所述第一波导转换部件与所述慢波部件相连接；

所述方法还包括：

通过所述第一波导转换部件将接收到的第一电子束传输至所述慢波部件内的第一腔体，将接收到的第二传输模式的源电磁波转换成所述第一传输模式的第一电磁波，并将所述第一电磁波传输至所述慢波部件内的第一腔体，其中，所述第一传输模式与所述第二传输模式不同。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一波导转换部件内设有第二腔体，所述第二腔体的第三内平面与所述第一预设方向平行，所述第三内平面上设置有N4个第三光子晶体柱和N5个第二光子晶体柱；

其中，所述N4个第三光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N5个第二光子晶体柱在所述N4个第三光子晶体柱的两侧依次排列，所述N4个第三光子晶体柱中各第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递增，所述N4个第三光子晶体柱中高度最大的第三光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述N5个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同，N4和N5为大于或者等于2的正整数。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述慢波电路还包括第二波导转换部件，所述第二波导转换部件与所述慢波部件相连接；

所述方法还包括：

通过所述第二波导转换部件传导并输出所述第二电子束，同时通过所述第二波导转换部件将所述第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波，并输出所述第三电磁波，其中，所述第三传输模式与所述第一传输模式不相同。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二波导转换部件内设有第三腔体，所述第三腔体的第四内平面与所述第一预设方向平行，所述第四内平面上设置有N6个第四光子晶体柱和N7个第二光子晶体柱；

其中，所述N6个第四光子晶体柱沿所述第一预设方向依次排列，所述N7个第二光子晶体柱在所述N6个第四光子晶体柱的两侧依次排列，所述N6个第四光子晶体柱中各第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度在所述第一预设方向上依次递减，所述N6个第四光子晶体柱中高度最大的第四光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度等于所述第一光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度，所述N7个第二光子晶体柱中每个第二光子晶体柱在所述第二预设方向上的高度相同，N6和N7为大于或者等于2的正整数。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述慢波电路还包括第一电磁接口和第二电磁接口，所述第一电磁接口与所述第一波导转换部件以及所述慢波电路外接的第一波导相连接，所述第二电磁接口与所述第二转换波导部件以及所述慢波电路外接的第二波导相连接，所述第一电磁接口内设有第一电子束通道和第一电磁波通道，所述第二电磁接口内设有第二电子束通道和第二电磁波通道；

在通过所述第一波导转换部件将接收到的第一电子束传输至所述慢波部件，将接收到的第二传输模式的源电磁波转换成所述第一传输模式的第一电磁波之前，所述方法还包括：

通过所述第一电子束通道从所述慢波电路的外部接收所述第一电子束并将所述第一电子束传输至所述第一波导转换部件；

通过所述第一电磁波通道从所述慢波电路外接的第一波导接收所述源电磁波，并将所述源电磁波传输至所述第一波导转换部件；

在通过所述第二波导转换部件传导并输出所述第二电子束，同时通过所述第二波导转换部件将所述第二电磁波转换成第三传输模式的第三电磁波之前，所述方法还包括：

通过所述第二电子束通道从所述第二波导转换部件接收所述第二电子束并将所述第二电子束传输至所述慢波电路的外部；

通过所述第二电磁波通道从所述第二波导转换部件接收所述第三电磁波，并将所述第三电磁波传输至所述慢波电路外接的第二波导。

21.一种行波管，其特征在于，所述行波管包括如权利要求1-10任一项所述的慢波电路，以及，与所述慢波电路耦合的电子枪、磁聚焦系统和收集极；

其中，所述电子枪用于生成并向所述慢波电路注入第一电子束，所述磁聚焦系统用于保持所述第一电子束在通过所述慢波电路的过程中不发生形状变化，所述收集极用于接收所述慢波电路输出的第二电子束。

22.一种电磁波处理设备，其特征在于，所述电磁波处理设备包括：

如权利要求21所述的行波管，以及，耦合于所述行波管的分立器件。

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